対称行列$A = [a_{ij}] \in \mathrm{M}_{n}(\mathbb{R})$について,次は同値である:
$A\geq 0$より$A((i_{1},\ldots,i_{k})) \geq 0$を得る.したがって,対称行列$A((i_{1},\ldots,i_{k}))$の固有値は総て非負なので,
$$
|A((i_{1},\ldots,i_{k}))| \geq 0$$
が成り立つ.
(cf. MathSE )
$t>0$とし,
$$
A_{t} \coloneqq tE_{n}+A$$
とおく.このとき,
$$
A^{(k)} \coloneqq A((1,\ldots,k))$$
の固有多項式を
$$
f_{A^{(k)}}(x) = x^{k} + c_{1}x^{k-1} + c_{2}x^{k-2} +\cdots+ c_{k}$$
とおくと,
$$
A_{t}^{(k)} \coloneqq (A_{t})^{(k)} = (A^{(k)})_{t} = tE_{k}+A^{(k)}$$
の行列式は
$$
|A_{t}^{(k)}| = (-1)^{k}f_{A^{(k)}}(-t) = t^{k} + (-1)c_{1}t^{k-1} + (-1)^{2}c_{2}t^{k-2} +\cdots+ (-1)^{k}c_{k}$$
で与えられる.いま,仮定より
$$
(-1)^{\ell}c_{\ell} \geq 0$$
であるから(cf. coeff命題2),
$$
|A_{t}^{(k)}| \geq t^{k} > 0$$
が成り立ち,したがって,satakep.163定理6より,$A_{t} > 0$となる:
$$
\forall x \in \mathbb{R}^{n}\smallsetminus\{0\},\ A_{t}[x] = \sum_{i=1}^{n} (a_{ii}+t)x_{i}^{2} + 2\sum_{i< j} a_{ij}x_{i}x_{j} >0.$$
よって,$t \downarrow 0$として,
$$
\forall x \in \mathbb{R}^{n},\ A[x] \geq 0$$
を得る.
$A \in \mathrm{M}_{n}(\mathbb{R})$を階数$r$の対称行列とする.このとき,$1 \leq i_{1}<\cdots< i_{r} \leq n$であって,
$$
|A((i_{1},\ldots,i_{r}))| \neq 0$$
なるものが存在する.
$\Ker{A}$の基底$\beta_{r+1},\ldots,\beta_{n} \in \Ker A$を取る:
$$
A\beta_{j} = 0 \quad\leadsto\quad 0 = \beta_{j}^{\transpose}A^{\transpose} = \beta_{j}^{\transpose}A.$$
このとき,$1 \leq i_{1} <\cdots< i_{r} \leq n$であって
$$
\beta_{r+1},\ldots,\beta_{n},\epsilon_{i_{1}},\ldots,\epsilon_{i_{r}} \in \mathbb{R}^{n}$$
が基底となるようなものが存在する(cf. satakep.96).そこで,
$$
P \coloneqq \begin{bmatrix}
\epsilon_{i_{1}} & \cdots & \epsilon_{i_{r}} & \beta_{r+1} & \cdots & \beta_{n}
\end{bmatrix} \in \mathrm{GL}_{n}(\mathbb{R})$$
とおくと,
$$
P^{\transpose}AP = \begin{bmatrix}
\epsilon_{i_{1}}^{\transpose} \\ \vdots \\ \epsilon_{i_{r}}^{\transpose} \\ \beta_{r+1}^{\transpose} \\ \vdots \\ \beta_{n}^{\transpose}
\end{bmatrix}\begin{bmatrix}
A\epsilon_{i_{1}} & \cdots & A\epsilon_{i_{r}} & A\beta_{r+1} & \cdots & A\beta_{n}
\end{bmatrix} = \begin{bmatrix}
A((i_{1},\ldots,i_{r})) & O_{r,n-r} \\
O_{n-r,r} & O_{n-r,n-r}
\end{bmatrix}$$
となるので,
$$
r = \rank{A} = \rank{P^{\transpose}AP} = \rank{A((i_{1},\ldots,i_{r}))} \quad\leadsto\quad |A((i_{1},\ldots,i_{r}))| \neq 0$$
が成り立つ(cf. satakep.106定理8).
対称行列$A \in \mathrm{M}_{m}(\mathbb{R})$について,その$m-1$次主小行列式および$m-2$次主小行列式が総て$0$ならば,$|A|=0$となる.
$A$の任意の$(i,j)$余因子$\Delta_{ij}=\Delta_{ji},\,i< j,\,$が$0$になることを示せばよい.そこで,
$$
A' \coloneqq \begin{bmatrix}
& && a_{1i} & a_{1j} \\
&A((1,\ldots,\hat{i},\ldots,\hat{j},\ldots,m)) && \vdots & \vdots \\
&& & a_{mi} & a_{mj} \\
a_{i1} & \stackrel{\hat{i}\quad\hat{j}}{\cdots\cdots} & a_{im} & a_{ii} & a_{ij} \\
a_{j1} & \cdots\cdots & a_{jm} & a_{ji} & a_{jj}
\end{bmatrix}$$
に対してJacobiの公式(cf. satakep.67)を適用すると,
$$
|A((1,\ldots,\hat{i},\ldots,\hat{j},\ldots,m))|\cdot|A'| = |A((1,\ldots,\hat{i},\ldots,m))|\cdot|A((1,\ldots,\hat{j},\ldots,m))| - \Delta_{ij}^{2}$$
を得る.いま,仮定より左辺および右辺第1項は$0$なので,$\Delta_{ij}=0$となる.
$A \in \mathrm{M}_{n}(\mathbb{R})$を階数$r$の対称行列とする.このとき,置換行列$P \in \mathrm{O}(n)$であって,$B \coloneqq P^{-1}AP$とおくとき,列
$$
|B^{(0)}| \coloneqq 1, |B^{(1)}|, |B^{(2)}|,\ldots,|B^{(r-1)}|, |B^{(r)}| \neq 0$$
が以下を満たすようなものが存在する:
置換行列$P_{\sigma} \in \mathrm{O}(n)$に対して
$$
(P_{\sigma}^{\transpose}AP_{\sigma})((1,\cdots,r)) = A((\sigma(1),\ldots,\sigma(r)))$$
が成り立つので(cf. perm例2,例3),nonzero-prin-minorより,
$$
|A^{(r)}| \neq 0$$
としてよい.
まづ,
$$
|A^{(1)}| \cdots |A^{(r-1)}| \neq 0$$
なる場合を考える.
つぎに
$$
|A^{(1)}| \cdots |A^{(r-1)}| = 0$$
なる場合を考える.