¿Cuál es una prueba rigurosa de por qué el vector de error perpendicular minimiza la distancia entre la proyección de un vector a otro?

El concepto es sorprendentemente simple en realidad. Todo lo que es es geometría.

Al usar el postulado “Side Side Side” en geometría euclidiana junto con las definiciones formales de espacios vectoriales, espacios métricos euclidianos, se nos permite construir un triángulo vectorial usando la definición de suma de vectores, y luego demostrar que este triángulo vectorial es congruente con un triángulo regular como se encuentra en geometría.

Desde aquí, todo lo que necesita hacer es demostrar que la proyección se puede utilizar para construir un triángulo vectorial. Entonces, todo lo que necesitamos saber es que la distancia más corta entre dos puntos es una línea recta (Teorema de la geometría euclidiana). Simplemente tome dos puntos, dibuje una línea recta entre ellos y esta línea marcará la longitud de la proyección de una línea paramétrica atravesada por vectores colineales en el espacio euclidiano. Lo que te da la imagen exacta que dibujaste en tu pregunta. Por cierto, esto también pasa a ser una línea recta entre dos puntos que forman un triángulo. Y esa es la prueba.

Para escribir esto “rigurosamente” todo lo que necesita hacer es traducir estos conceptos geométricos al álgebra usando definiciones teniendo cuidado de no escribir lo que no quiere decir.

Considere el conjunto de círculos centrados al final del vector b. Si el radio es menor que la distancia desde b hasta el punto p, entonces no intersecta el vector a. Si es mayor, entonces se cruza con a en dos puntos. Solo si el círculo toca a en el punto p, se minimiza la distancia y necesariamente forma un ángulo recto, porque a es una tangente al círculo en el punto p.

[matemáticas] e = b – xa [/ matemáticas]

La norma del vector de error [math] e [/ math] es

[matemáticas] {\ | e \ |} ^ 2 = (b – xa) ^ T (b – xa) = b ^ Tb – 2xa ^ Tb + x ^ 2a ^ Ta [/ matemáticas]

Para minimizar [math] \ | e \ |, [/ math] tomamos su derivada con respecto a [math] x [/ math] y la igualamos con cero.

[matemáticas] \ frac {d} {dx} \ | e \ | = -2a ^ Tb + 2xa ^ Ta = 0 [/ matemáticas]

[matemáticas] \ Longrightarrow a ^ Tb = xa ^ Ta [/ matemáticas] …… .. Esta es una ecuación en el tablero.

[matemática] \ Longrightarrow x = \ frac {a ^ Tb} {a ^ Ta} [/ math]