<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?><!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.0 20120330//EN" "JATS-journalpublishing1.dtd"><article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">VMSTA</journal-id>
<journal-title-group><journal-title>Modern Stochastics: Theory and Applications</journal-title></journal-title-group>
<issn pub-type="epub">2351-6054</issn>
<issn pub-type="ppub">2351-6046</issn>
<issn-l>2351-6046</issn-l>
<publisher>
<publisher-name>VTeX</publisher-name><publisher-loc>Mokslininkų g. 2A, 08412 Vilnius, Lithuania</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">VMSTA104</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.15559/18-VMSTA104</article-id>
<article-categories><subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Research Article</subject></subj-group></article-categories>
<title-group>
<article-title>Consistency of the total least squares estimator in the linear errors-in-variables regression</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Shklyar</surname><given-names>Sergiy</given-names></name><email xlink:href="mailto:shklyar@univ.kiev.ua">shklyar@univ.kiev.ua</email><xref ref-type="aff" rid="j_vmsta104_aff_001"/>
</contrib>
<aff id="j_vmsta104_aff_001"><institution>Taras Shevchenko National University of Kyiv</institution></aff>
</contrib-group>
<pub-date pub-type="ppub"><year>2018</year></pub-date>
<pub-date pub-type="epub"><day>30</day><month>5</month><year>2018</year></pub-date><volume>5</volume><issue>3</issue><fpage>247</fpage><lpage>295</lpage>
<history>
<date date-type="received"><day>31</day><month>10</month><year>2017</year></date>
<date date-type="rev-recd"><day>7</day><month>5</month><year>2018</year></date>
<date date-type="accepted"><day>8</day><month>5</month><year>2018</year></date>
</history>
<permissions><copyright-statement>© 2018 The Author(s). Published by VTeX</copyright-statement><copyright-year>2018</copyright-year>
<license license-type="open-access" xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>Open access article under the <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</ext-link> license.</license-p></license></permissions>
<abstract>
<p>This paper deals with a homoskedastic errors-in-variables linear regression model and properties of the total least squares (TLS) estimator. We partly revise the consistency results for the TLS estimator previously obtained by the author [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_018">18</xref>]. We present complete and comprehensive proofs of consistency theorems. A theoretical foundation for construction of the TLS estimator and its relation to the generalized eigenvalue problem is explained. Particularly, the uniqueness of the estimate is proved. The Frobenius norm in the definition of the estimator can be substituted by the spectral norm, or by any other unitarily invariant norm; then the consistency results are still valid.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<label>Keywords</label>
<kwd>Errors in variables</kwd>
<kwd>functional model</kwd>
<kwd>linear regression</kwd>
<kwd>measurement error model</kwd>
<kwd>multivariate regression</kwd>
<kwd>total least squares</kwd>
<kwd>strong consistency</kwd>
</kwd-group>
<kwd-group kwd-group-type="MSC2010">
<label>2010 MSC</label>
<kwd>62J05</kwd>
<kwd>62H12</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="j_vmsta104_s_001">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>We consider a functional linear error-in-variables model. Let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_001"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{{a_{i}^{0}},\hspace{0.2778em}i\ge 1\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be a sequence of unobserved nonrandom <italic>n</italic>-dimensional vectors. The elements of the vectors are true explanatory variables or (in other terminology) true regressors. We observe <italic>m n</italic>-dimensional random vectors <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_002"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{1}},\dots ,{a_{m}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <italic>m d</italic>-dimensional random vectors <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_003"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${b_{1}},\dots ,{b_{m}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. They are thought to be true vectors <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_004"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{i}^{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_005"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}^{\top }}{a_{i}^{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, respectively, plus additive errors: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_001">
<label>(1)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfenced separators="" open="{" close=""><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \left\{\begin{array}{l}{b_{i}}={X_{0}^{\top }}{a_{i}^{0}}+{\tilde{b}_{i}},\hspace{1em}\\{} {a_{i}}={a_{i}^{0}}+{\tilde{a}_{i}},\hspace{1em}\end{array}\right.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_006"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tilde{a}_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_007"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tilde{b}_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are random measurement errors in the regressor and in the response. A nonrandom matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_008"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is estimated based on observations <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_009"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_010"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${b_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_011"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i=1,\dots ,m$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>This problem is related to finding an approximate solution to incompatible linear equations (“overdetermined” linear equation, because the number of equations exceeds the number of variables) 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_002">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ AX\approx B,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_012"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$A={[{a_{1}},\dots ,{a_{m}}]}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is an <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_013"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_014"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$B={[{b_{1}},\dots ,{b_{m}}]}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is an <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_015"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix. Here <italic>X</italic> is an unknown <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_016"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix.</p>
<p>In the linear error-in-variables regression model (<xref rid="j_vmsta104_eq_001">1</xref>), the <italic>Total Least Squares</italic> (TLS) estimator in widely used. It is a multivariate equivalent to the orthogonal regression estimator. We are looking for conditions that provide consistency or strong consistency of the estimator. It is assumed (for granted) that the measurement errors <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_017"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tilde{c}_{i}}=(\begin{array}{c}{\tilde{a}_{i}}\\{} {\tilde{b}_{i}}\end{array})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_018"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i=1,2,\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, are independent and have the same covariance matrix <italic>Σ</italic>. It may be singular. In particular, some of regressors may be observed without errors. (If the matrix <italic>Σ</italic> is nonsingular, the proofs can be simplified.) An intercept can be introduced into (<xref rid="j_vmsta104_eq_001">1</xref>) by augmenting the model and inserting a constant error-free regressor.</p>
<p>Sufficient conditions for consistency of the estimator are presented in Gleser [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_005">5</xref>], Gallo [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_004">4</xref>], Kukush and Van Huffel [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_010">10</xref>]. In [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_018">18</xref>], the consistency results are obtained under less restrictive conditions than in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_010">10</xref>]. In particular, there is no requirement that 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_003">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>as</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \frac{{\lambda _{\min }^{2}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}{{\lambda _{\max }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}\to \infty \hspace{1em}\text{as}\hspace{1em}m\to \infty ,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_019"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{0}}={[{a_{1}^{0}},\dots ,{a_{m}^{0}}]}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the matrix <italic>A</italic> without measurement errors. Hereafter, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_020"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{\min }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_021"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{\max }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> denotes the minimum and maximum eigenvalues of a matrix if all the eigenvalues are real numbers. The matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_022"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is symmetric (and positive semidefinite). Hence, its eigenvalues are real (and nonnegative).</p>
<p>The model where some variables are explanatory and the other are response is called <italic>explicit</italic>. The alternative is the <italic>implicit</italic> model, where all the variables are treated equally. In the <italic>implicit</italic> model, the <italic>n</italic>-dimensional linear subspace in <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_023"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathbb{R}}^{n+d}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is fitted to an observed set of points. Some <italic>n</italic>-dimensional subspaces can be represented in a form <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_024"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{(a,b)\in {\mathbb{R}}^{n+d}:b={X}^{\top }a\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for some <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_025"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix <italic>X</italic>; such subspaces are called <italic>generic</italic>. The other subspaces are called <italic>non-generic</italic>. The true points lie on a generic subspace <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_026"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{(a,b):b={X_{0}^{\top }}a\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. A consistently estimated subspace must be generic with high probability. We state our results for the explicit model, but use the ideas of the implicit model in the definition of the estimator, as well as in proofs.</p>
<p>We allow errors in different variables to correlate. Our problem is a minor generalization of the mixed LS-TLS problem, which is studied in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_020">20</xref>, Section 3.5]. In the latter problem, some explanatory variables are observed without errors; the other explanatory variables and all the response variables are observed with errors. The errors have the same variance and are uncorrelated. The basic LS model (where the explanatory variables are error-free, and the response variables are error-ridden) and the basic TLS model (where all the variables are observed with error, and the errors are uncorrelated) are marginal cases of the mixed LS-TLS problem. By a linear transformation of variables our model can be transformed into either a mixed LS-TLS or basic LS or basic TLS problem. (We do not handle the case where there are more error-free variables than explanatory variables.) Such a transformation does not always preserve the sets of generic and non-generic subspaces. The mixed LS-TLS problem can be transformed into the basic TLS problem as it is shown in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_006">6</xref>].</p>
<p>The Weighted TLS and Structured TLS estimators are generalizations of the TLS estimator for the cases where the error covariance matrices do not coincide for different observations or where the errors for different observations are dependent; more precisely, the independence condition is replaced with the condition on the “structure of the errors”. The consistency of these estimators is proved in Kukush and Van Huffel [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_010">10</xref>] and Kukush et al. [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_009">9</xref>]. Relaxing conditions for consistency of the Weighted TLS and Structured TLS estimators is an interesting topic for a future research. For generalizations of the TLS problem, see the monograph [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_013">13</xref>] and the review [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_012">12</xref>].</p>
<p>In the present paper, for a multivariate regression model with multiple response variables we consider two versions of the TLS estimator. In these estimators, different norms of the weighted residual matrix are minimized. (These estimators coincide for the univariate regression model.) The common way to construct the estimator is to minimize the Frobenius norm. The estimator that minimizes the Frobenius norm also minimizes the spectral norm. Any estimator that minimizes the spectral norm is consistent under conditions of our consistency theorems (see Theorems <xref rid="j_vmsta104_stat_008">3.5</xref>–<xref rid="j_vmsta104_stat_010">3.7</xref> in Section <xref rid="j_vmsta104_s_006">3</xref>). We also provide a sufficient condition for uniqueness of the estimator that minimizes the Frobenius norm.</p>
<p>In this paper, for the results on consistency of the TLS estimator which are stated in paper [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_018">18</xref>], we provide complete and comprehensive proofs and present all necessary auxiliary and complementary results. For convenience of the reader we first present the sketch of proof. Detailed proofs are postponed to the appendix. Moreover, the paper contains new results on the relation between the TLS estimator and the generalized eigenvalue problem.</p>
<p>The structure of the paper is as follows. In Section <xref rid="j_vmsta104_s_003">2</xref> we introduce the model and define the TLS estimator. The consistency theorems for different moment conditions on the errors and for different senses of consistency are stated in Section <xref rid="j_vmsta104_s_006">3</xref>, and their proofs are sketched in Section <xref rid="j_vmsta104_s_008">5</xref>. Section <xref rid="j_vmsta104_s_007">4</xref> states the existence and uniqueness of the TLS estimator. Auxiliary theoretical constructions and theorems are presented in Section <xref rid="j_vmsta104_s_009">6</xref>. Section <xref rid="j_vmsta104_s_014">7</xref> explains the relationship between the TLS estimator and the generalized eigenvalue problem. The results in Section <xref rid="j_vmsta104_s_014">7</xref> are used in construction of the TLS estimator and in the proof of its uniqueness. Detailed proofs are moved to the appendix (Section <xref rid="j_vmsta104_s_015">8</xref>).</p>
<sec id="j_vmsta104_s_002">
<title>Notations</title>
<p>At first, we list the <italic>general notation</italic>. For <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_027"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v\hspace{0.1667em}=\hspace{0.1667em}{({x_{k}})_{k=1}^{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> being a vector, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_028"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| v\| \hspace{0.1667em}=\hspace{0.1667em}\sqrt{{\sum _{k=1}^{n}}{x_{k}^{2}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the 2-norm of <italic>v</italic>.</p>
<p>For <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_029"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$M={({x_{i,j}})_{i=1}^{m{_{}^{}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> being an <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_030"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_031"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| M\| ={\max _{v\ne 0}}\frac{\| Mv\| }{\| v\| }={\sigma _{\max }}(M)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the spectral norm of <italic>M</italic>; <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_032"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| M{\| _{F}}=\sqrt{{\sum _{i=1}^{m}}{\sum _{j=1}^{n}}{x_{i,j}^{2}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the Frobenius norm of <italic>M</italic>; <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_033"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sigma _{\max }}(M)={\sigma _{1}}(M)\ge {\sigma _{2}}(M)\ge \cdots \ge {\sigma _{\min (m,n)}}(M)\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are the singular values of <italic>M</italic>, arranged in descending order; <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_034"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle M\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the column space of <italic>M</italic>; <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_035"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{rk}M$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the rank of <italic>M</italic>. For a square <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_036"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix <italic>M</italic>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_037"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">def</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{def}M=n-\operatorname{rk}M$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is rank deficiency of <italic>M</italic>; <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_038"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{tr}M={\sum _{i=1}^{n}}{x_{i,i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the trace of <italic>M</italic>; <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_039"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">χ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">det</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\chi _{M}}(\lambda )=\det (M-\lambda I)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the characteristic polynomial of <italic>M</italic>. If <italic>M</italic> is an <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_040"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix with real eigenvalues (e.g., if <italic>M</italic> is Hermitian or if <italic>M</italic> admits a decomposition <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_041"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$M=AB$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <italic>A</italic> and <italic>B</italic> are Hermitian matrices, and either <italic>A</italic> or <italic>B</italic> is positive semidefinite), <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_042"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{\min }}(M)={\lambda _{1}}(M)\le {\lambda _{2}}(M)\le \cdots \le {\lambda _{n}}(M)={\lambda _{\max }}(M)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are eigenvalues of <italic>M</italic> arranged in ascending order.</p>
<p>For <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_043"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_044"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> being linear subspaces of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_045"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathbb{R}}^{n}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of equal dimension <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_046"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\dim {V_{1}}=\dim {V_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_047"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ({V_{1}},{V_{2}})\| =\| {P_{{V_{1}}}}-{P_{{V_{2}}}}\| =\| {P_{{V_{1}}}}(I-{P_{{V_{2}}}})\| $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the greatest sine of the canonical angles between <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_048"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_049"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. See Section <xref rid="j_vmsta104_s_011">6.2</xref> for more general definitions.</p>
<p>Now, list <italic>the model-specific notations</italic>. The notations (except for the matrix <italic>Σ</italic>) come from [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_009">9</xref>]. The notations are listed here only for reference; they are introduced elsewhere in this paper – in Sections <xref rid="j_vmsta104_s_001">1</xref> and <xref rid="j_vmsta104_s_003">2</xref>.</p>
<p><italic>n</italic> is the number of regressors, i.e., the number of explanatory variables for each observation; <italic>d</italic> is the number of response variables for each observation; <italic>m</italic> is the number of observations, i.e., the sample size. 
<def-list><def-item><term><inline-graphic xlink:href="vmsta-5-3-vmsta104-i001.jpg" id="j_vmsta104_ingr_001"/></term><def>
<p>is the matrix of true variables. It is an <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_050"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\times (n+d)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> nonrandom matrix. The left-hand block <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_051"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of size <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_052"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> consists of true explanatory variables, and the right-hand block <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_053"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${B_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of size <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_054"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> consists of true response variables.</p></def></def-item><def-item><term><inline-graphic xlink:href="vmsta-5-3-vmsta104-i002.jpg" id="j_vmsta104_ingr_002"/></term><def>
<p>is the matrix of errors. It is an <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_055"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\times (n+d)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> random matrix.</p></def></def-item><def-item><term><inline-graphic xlink:href="vmsta-5-3-vmsta104-i003.jpg" id="j_vmsta104_ingr_003"/></term><def>
<p>is the matrix of observations. It is an <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_056"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\times (n+d)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> random matrix.</p></def></def-item><def-item><term><italic>Σ</italic></term><def>
<p>is a covariance matrix of errors for one observation. For every <italic>i</italic>, it is assumed that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_057"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathbb{E}{\tilde{c}_{i}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_058"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathbb{E}{\tilde{c}_{i}}{\tilde{c}_{i}^{\top }}=\varSigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The matrix <italic>Σ</italic> is symmetric, positive semidefinite, nonrandom, and of size <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_059"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times (n+d)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. It is assumed known when we construct the TLS estimator.</p></def></def-item><def-item><term><inline-formula id="j_vmsta104_ineq_060"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></term><def>
<p>is the matrix of true regression parameters. It is a nonrandom <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_061"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix and is a parameter of interest.</p></def></def-item><def-item><term><inline-formula id="j_vmsta104_ineq_062"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mfrac linethickness="0.0pt"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{\mathrm{ext}}^{0}}=\left(\genfrac{}{}{0.0pt}{}{{X_{0}}}{-I}\right)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></term><def>
<p>is an augmented matrix of regression coefficients. It is a nonrandom <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_063"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix.</p></def></def-item><def-item><term><inline-formula id="j_vmsta104_ineq_064"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></term><def>
<p>is the TLS estimator of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_065"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p></def></def-item><def-item><term><inline-formula id="j_vmsta104_ineq_066"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></term><def>
<p>is a matrix whose column space <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_067"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is considered an estimator of the subspace <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_068"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {X_{\mathrm{ext}}^{0}}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_069"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is of size <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_070"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. For fixed <italic>m</italic> and <italic>Σ</italic>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_071"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a Borel measurable function of the matrix <italic>C</italic>.</p></def></def-item></def-list> While in consistency theorems <italic>m</italic> tends to <italic>∞</italic>, all matrices in this list except <italic>Σ</italic>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_072"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_073"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{\mathrm{ext}}^{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> silently depend on <italic>m</italic>. For example, in equations “<inline-formula id="j_vmsta104_ineq_074"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lim _{m\to \infty }}{\lambda _{\min }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})=+\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>” and “<inline-formula id="j_vmsta104_ineq_075"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}\to {X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> almost surely” the matrices <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_076"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_077"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> depend on <italic>m</italic>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_003">
<label>2</label>
<title>The model and the estimator</title>
<sec id="j_vmsta104_s_004">
<label>2.1</label>
<title>Statistical model</title>
<p>It is assumed that the matrices <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_078"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_079"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${B_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> satisfy the relation 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_004">
<label>(2)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>·</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{m\times n}{{A_{0}}}\cdot \underset{n\times d}{{X_{0}}}=\underset{m\times d}{{B_{0}}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
They are observed with measurement errors <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_080"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\tilde{A}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_081"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">˜</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widetilde{B}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, that is 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_005">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ A={A_{0}}+\tilde{A},\hspace{2em}B={B_{0}}+\widetilde{B}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_082"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a parameter of interest.</p>
<p>Rewrite the relation in an implicit form. Let the <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_083"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\times (n+d)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> block matrices <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_084"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C_{0}},\widetilde{C},C\in {\mathbb{R}}^{m\times (n+d)}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be constructed by binding “respective versions” of matrices <italic>A</italic> and <italic>B</italic>: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_006">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {C_{0}}=[{A_{0}}\hspace{2.5pt}{B_{0}}],\hspace{2em}\widetilde{C}=[\tilde{A}\hspace{2.5pt}\widetilde{B}],\hspace{2em}C=[A\hspace{2.5pt}B].\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Denote <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_085"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{\mathrm{ext}}^{0}}=(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -{I_{d}}\end{array})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_007">
<label>(3)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>·</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{m\times (n+d)}{{C_{0}}}\cdot \underset{(n+d)\times d}{{X_{\mathrm{ext}}^{0}}}=\underset{m\times d}{0}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>The entries of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_086"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">˜</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widetilde{C}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are denoted <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_087"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\delta _{ij}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; the rows are <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_088"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tilde{c}_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_008">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \widetilde{C}={({\delta _{ij}})_{i=1}^{m{_{}^{}}}},\hspace{2em}{\tilde{c}_{i}}={({\delta _{ij}})_{j=1}^{n+d}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Throughout the paper the following three conditions are assumed to be true: <disp-formula-group id="j_vmsta104_dg_001">
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_009">
<label>(4)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mtext>The rows</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mtext>of the matrix</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mtext>are mutually independent random vectors.</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& \text{The rows}\hspace{2.5pt}{\tilde{c}_{i}}\hspace{2.5pt}\text{of the matrix}\hspace{2.5pt}\widetilde{C}\hspace{2.5pt}\text{are mutually independent random vectors.}\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_010">
<label>(5)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>, and</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mtext>for all</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mtext>.</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& \mathbb{E}\widetilde{C}=0\text{, and}\hspace{2.5pt}\mathbb{E}{\tilde{c}_{i}^{}}{\tilde{c}_{i}^{\top }}:={(\mathbb{E}{\delta _{ij}}{\delta _{ik}})_{i=1,\hspace{0.1667em}\hspace{0.1667em}k=1}^{n+d\hspace{0.1667em}\hspace{0.1667em}n+d}}=\varSigma \hspace{2.5pt}\text{for all}\hspace{2.5pt}i=1,\dots ,m\text{.}\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_011">
<label>(6)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mtext>.</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& \operatorname{rk}(\varSigma {X_{\mathrm{ext}}^{0}})=d\text{.}\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</disp-formula-group> <statement id="j_vmsta104_stat_001"><label>Example 2.1</label>
<title>(simple univariate linear regression with intercept).</title>
<p>For <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_089"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i=1,\dots ,m$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_012">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfenced separators="" open="{" close=""><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \left\{\begin{array}{l}{x_{i}}={\xi _{i}}+{\delta _{i}};\hspace{1em}\\{} {y_{i}}={\beta _{0}}+{\beta _{1}}{\xi _{i}}+{\varepsilon _{i}},\hspace{1em}\end{array}\right.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where the measurement errors <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_090"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\delta _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_091"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\varepsilon _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_092"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i=1,\dots ,m$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, – all the <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_093"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$2m$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> variables – are uncorrelated, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_094"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathbb{E}{\delta _{i}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_095"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathbb{E}{\delta _{i}^{2}}={\sigma _{\delta }^{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_096"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathbb{E}{\varepsilon _{i}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_097"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathbb{E}{\varepsilon _{i}^{2}}={\sigma _{\varepsilon }^{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. A sequence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_098"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{({x_{i}},{y_{i}}),\hspace{2.5pt}i=1,\dots ,m\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is observed. The parameters <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_099"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\beta _{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_100"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\beta _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are to be estimated.</p>
<p>This example is taken from [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_001">1</xref>, Section 1.1]. But the notation in Example <xref rid="j_vmsta104_stat_001">2.1</xref> and elsewhere in the paper is different. Our notation is <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_101"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{i}^{0}}={(1,{\xi _{i}})}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_102"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${b_{i}^{0}}={\eta _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_103"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{i}}={(1,{x_{i}})}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_104"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${b_{i}}={y_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_105"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\delta _{i,1}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_106"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\delta _{i,2}}={\delta _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_107"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\delta _{i,3}}={\varepsilon _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_108"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\varSigma =\operatorname{diag}(0,{\sigma _{\delta }^{2}},{\sigma _{\varepsilon }^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_109"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}}={({\beta _{0}},{\beta _{1}})}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_002"><label><italic>Remark</italic> 2.1.</label>
<p>For some matrices <italic>Σ</italic>, (<xref rid="j_vmsta104_eq_011">6</xref>) is satisfied for any <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_110"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_111"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. If the matrix <italic>Σ</italic> in nonsingular, then condition (<xref rid="j_vmsta104_eq_011">6</xref>) is satisfied. If the errors in the explanatory variables and in the response are uncorrelated, i.e., if the matrix <italic>Σ</italic> has a block-diagonal form 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_013">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \varSigma =\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{\varSigma _{aa}}& 0\\{} 0& {\varSigma _{bb}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
(where <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_112"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\varSigma _{aa}}=\mathbb{E}{\tilde{a}_{i}}{\tilde{a}_{i}^{\top }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_113"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\varSigma _{bb}}=\mathbb{E}{\tilde{b}_{i}}{\tilde{b}_{i}^{\top }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) with nonsingular matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_114"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\varSigma _{bb}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then condition (<xref rid="j_vmsta104_eq_011">6</xref>) is satisfied. For example, in the basic mixed LS-TLS problem <italic>Σ</italic> is diagonal, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_115"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\varSigma _{bb}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is nonsingular, and so (<xref rid="j_vmsta104_eq_011">6</xref>) holds true. If the null-space of the matrix <italic>Σ</italic> (which equals <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_116"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}{\langle \varSigma \rangle }^{\perp }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> because <italic>Σ</italic> is symmetric) lies inside the subspace spanned by the first <italic>n</italic> (of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_117"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n+d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) standard basis vectors, then condition (<xref rid="j_vmsta104_eq_011">6</xref>) is also satisfied. On the other hand, if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_118"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{rk}\varSigma <d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then condition (<xref rid="j_vmsta104_eq_011">6</xref>) is not satisfied.</p></statement></p>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_005">
<label>2.2</label>
<title>Total least squares (TLS) estimator</title>
<p>First, find the <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_119"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\times (n+d)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix Δ for which the constrained minimum is attained 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_014">
<label>(7)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfenced separators="" open="{" close=""><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \left\{\begin{array}{l}\| \Delta \hspace{0.1667em}{({\varSigma }^{1/2})}^{\dagger }{\| _{F}}\to \min ;\hspace{1em}\\{} \Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0;\hspace{1em}\\{} \operatorname{rk}(C-\Delta )\le n.\hspace{1em}\end{array}\right.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Hereafter <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_120"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\varSigma }^{\dagger }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the Moore–Penrose pseudoinverse matrix of the matrix <italic>Σ</italic>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_121"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${P_{\varSigma }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is an orthogonal projector onto the column space of <italic>Σ</italic>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_122"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${P_{\varSigma }}=\varSigma {\varSigma }^{\dagger }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Now, show that the minimum in (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) is attained. The constraint <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_123"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{rk}(C-\Delta )\le n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is satisfied if and only if all the minors of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_124"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$C-\Delta $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of order <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_125"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n+1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> vanish. Thus the set of all Δ that satisfy the constraints (the constraint set) is defined by <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_126"><alternatives>
<mml:math><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\frac{m!(n+d)!}{(n+1){!}^{2}(m-n-1)!(d-1)!}+1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> algebraic equations; and so it is closed. The constraint set is nonempty <italic>almost surely</italic> because it contains <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_127"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">˜</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widetilde{C}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The functional <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_128"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \Delta {\varSigma }^{\dagger }{\| _{F}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a pseudonorm on <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_129"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathbb{R}}^{m\times (n+d)}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, but it is a norm on the linear subspace <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_130"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{\Delta :\Delta \hspace{0.1667em}(I-{\varSigma }^{\dagger })=0\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where it induces a natural subspace topology. The constraint set is closed on the subspace (with the norm), and whenever it is nonempty (i.e., almost surely), it has a minimal-norm element.</p>
<p>Notice that under condition (<xref rid="j_vmsta104_eq_011">6</xref>) the constrain set is non-empty always and not just almost surely. This follows from Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_041">7.9</xref>.</p>
<p>For the matrix Δ that is a solution to minimization problem (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>), consider the rowspace <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_131"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {(C-\Delta )}^{\top }\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_132"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$C-\Delta $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Its dimension does not exceed <italic>n</italic>. Its orthogonal basis can be completed to the orthogonal basis in <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_133"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathbb{R}}^{n+d}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and the complement consists of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_134"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n+d-\operatorname{rk}(C-\Delta )\ge d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> vectors. Choose <italic>d</italic> vectors from the complement, which are linearly independent, and bind them (as column-vectors) into <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_135"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_136"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_137"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> satisfies the equation 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_015">
<label>(8)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ (C-\Delta ){\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}=0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
If the lower <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_138"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$d\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> block of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_139"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a nonsingular matrix, by linear transformation of columns (i.e., by right-multiplying by some nonsingular matrix) the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_140"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be transformed to the form 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_016">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \left(\begin{array}{c}\widehat{X}\\{} -I\end{array}\right),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <italic>I</italic> is <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_141"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$d\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> identity matrix. The matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_142"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> satisfies the equation 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_017">
<label>(9)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ (C-\Delta )\left(\begin{array}{c}\widehat{X}\\{} -I\end{array}\right)=0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
(Otherwise, if the lower block of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_143"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is singular, then our estimation fails. Note that whether the lower block of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_144"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is singular might depend not only on the observations <italic>C</italic>, but also on the choice of the matrix Δ where the minimum in (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) in attained and the <italic>d</italic> vectors that make matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_145"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. We will show that the lower block of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_146"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is nonsingular with high probability regardless of the choice of Δ and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_147"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.)</p>
<p>Columns of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_148"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> should span the eigenspace (generalized invariant space) of the matrix pencil <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_149"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\langle {C}^{\top }C,\varSigma \rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> which corresponds to the <italic>d</italic> smallest generalized eigenvalues. That the columns of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_150"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> span the generalized invariant space corresponding to finite generalized eigenvalues is written in the matrix notation as follows: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_018">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>∃</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \exists M\in {\mathbb{R}}^{d\times d}:\hspace{0.2778em}{C}^{\top }C{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}=\varSigma {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}M.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Possible problems that may arise in the course of solving the minimization problem (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) are discussed in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_018">18</xref>]. We should mention that our two-step definition <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_151"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>(7)</mml:mtext></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{(7)}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> &amp; <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_152"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>(9)</mml:mtext></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{(9)}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of the TLS estimator is slightly different from the conventional definition in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_020">20</xref>, Sections 2.3.2 and 3.2] or in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_010">10</xref>]. In these papers, the problem from which the estimator <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_153"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is found is equivalent to the following: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_019">
<label>(10)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfenced separators="" open="{" close=""><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \left\{\begin{array}{l}\| \Delta \hspace{0.1667em}{({\varSigma }^{1/2})}^{\dagger }{\| _{F}}\to \min ;\hspace{1em}\\{} \Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0;\hspace{1em}\\{} (C-\Delta )\left(\begin{array}{c}\widehat{X}\\{} -I\end{array}\right)=0,\hspace{1em}\end{array}\right.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where the optimization is performed for Δ and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_154"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> that satisfy the constraints in (<xref rid="j_vmsta104_eq_019">10</xref>). If our estimation defined with (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) and (<xref rid="j_vmsta104_eq_017">9</xref>) succeeds, then the minimum values in (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) and (<xref rid="j_vmsta104_eq_019">10</xref>) coincide, and the minimum in (<xref rid="j_vmsta104_eq_019">10</xref>) is attained for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_155"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\Delta ,\widehat{X})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> that is the solution to (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) &amp; (<xref rid="j_vmsta104_eq_017">9</xref>). Conversely, if our estimation succeeds for at least one choice of Δ and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_156"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then all the solutions to (<xref rid="j_vmsta104_eq_019">10</xref>) can be obtained with different choices of Δ and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_157"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. However, strange things may happen if our estimation always fails.</p>
<p>Besides (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>), consider the optimization problem 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_020">
<label>(11)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfenced separators="" open="{" close=""><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \left\{\begin{array}{l}{\lambda _{\max }}(\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top })\to \min ;\hspace{1em}\\{} \Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0;\hspace{1em}\\{} \operatorname{rk}(C-\Delta )\le n.\hspace{1em}\end{array}\right.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
It will be shown that every Δ that minimizes (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) also minimizes (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>).</p>
<p>We can construct the optimization problem that generalizes both (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) and (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>). Let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_158"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| M{\| _{\mathrm{U}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be a unitarily invariant norm on <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_159"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\times (n+d)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrices. Consider the optimization problem 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_021">
<label>(12)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfenced separators="" open="{" close=""><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \left\{\begin{array}{l}\| \Delta \hspace{0.1667em}{({\varSigma }^{1/2})}^{\dagger }{\| _{\mathrm{U}}}\to \min ;\hspace{1em}\\{} \Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0;\hspace{1em}\\{} \operatorname{rk}(C-\Delta )\le n.\hspace{1em}\end{array}\right.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Then every Δ that minimizes (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) also minimizes (<xref rid="j_vmsta104_eq_021">12</xref>), and every Δ that minimizes (<xref rid="j_vmsta104_eq_021">12</xref>) also minimizes (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>). If <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_160"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| M{\| _{\mathrm{U}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the Frobenius norm, then optimization problems (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) and (<xref rid="j_vmsta104_eq_021">12</xref>) coincide, and if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_161"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| M{\| _{\mathrm{U}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the spectral norm, then optimization problems (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>) and (<xref rid="j_vmsta104_eq_021">12</xref>) coincide. <statement id="j_vmsta104_stat_003"><label><italic>Remark</italic> 2.2.</label>
<p>A solution to problem (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) or (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>) does not change if the matrix <italic>Σ</italic> is multiplied by a positive scalar factor. Thus, instead of assuming that the matrix <italic>Σ</italic> is known completely, we can assume that <italic>Σ</italic> is known up to a scalar factor.</p></statement></p>
</sec>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_006">
<label>3</label>
<title>Known consistency results</title>
<p>In this section we briefly revise known consistency results. One of conditions for the consistency of the TLS estimator is the convergence of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_162"><alternatives>
<mml:math><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\frac{1}{m}{A_{0}^{\top }}{A_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to a nonsingular matrix. It is required, for example, in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_005">5</xref>]. The condition is relaxed in the paper by Gallo [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_004">4</xref>].</p><statement id="j_vmsta104_stat_004"><label>Theorem 3.1</label>
<title>(Gallo [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_004">4</xref>], Theorem 2).</title>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_163"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$d=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_022">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext mathvariant="italic">as</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext mathvariant="italic">as</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{m}^{-1/2}{\lambda _{\min }}\big({A_{0}^{\top }}{A_{0}}\big)& \to \infty \hspace{1em}\textit{as}\hspace{1em}m\to \infty ,\\{} \frac{{\lambda _{\min }^{2}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}{{\lambda _{\max }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}& \to \infty \hspace{1em}\textit{as}\hspace{1em}m\to \infty ,\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>and the measurement errors</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_164"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tilde{c}_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>are identically distributed, with finite fourth moment</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_165"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathbb{E}\| {\tilde{c}_{i}}{\| }^{4}<\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. Then</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_166"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟶</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}\stackrel{\mathrm{P}}{\longrightarrow }{X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_167"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>.</italic></p></statement>
<p>The theorem can be generalized for the multivariate regression. The condition that the errors on different observations have the same distribution can be dropped. Instead, Kukush and Van Huffel [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_010">10</xref>] assume that the fourth moments of the error distributions are bounded.</p><statement id="j_vmsta104_stat_005"><label>Theorem 3.2</label>
<title>(Kukush and Van Huffel [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_010">10</xref>], Theorem 4a).</title>
<p><italic>Let</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_023">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sup</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext mathvariant="italic">as</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext mathvariant="italic">as</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\underset{\begin{array}{c}i\ge 1\\{} j=1,\dots ,n+d\end{array}}{\sup }\mathbb{E}|{\delta _{ij}}{|}^{4}& <\infty ,\\{} {m}^{-1/2}{\lambda _{\min }}\big({A_{0}^{\top }}{A_{0}}\big)& \to \infty \hspace{1em}\textit{as}\hspace{1em}m\to \infty ,\\{} \frac{{\lambda _{\min }^{2}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}{{\lambda _{\max }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}& \to \infty \hspace{1em}\textit{as}\hspace{1em}m\to \infty .\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>Then</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_168"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟶</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}\stackrel{\mathrm{P}}{\longrightarrow }{X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>as</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_169"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>.</italic></p></statement>
<p>Here is the strong consistency theorem:</p><statement id="j_vmsta104_stat_006"><label>Theorem 3.3</label>
<title>(Kukush and Van Huffel [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_010">10</xref>], Theorem 4b).</title>
<p><italic>Let for some</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_170"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$r\ge 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_171"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${m_{0}}\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_024">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sup</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\underset{\begin{array}{c}i\ge 1\\{} j=1,\dots ,n+d\end{array}}{\sup }\mathbb{E}|{\delta _{ij}}{|}^{2r}& <\infty ,\\{} {\sum \limits_{m={m_{0}}}^{\infty }}{\bigg(\frac{\sqrt{m}}{{\lambda _{\min }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}\bigg)}^{r}& <\infty ,\\{} {\sum \limits_{m={m_{0}}}^{\infty }}{\bigg(\frac{{\lambda _{\max }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}{{\lambda _{\min }^{2}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}\bigg)}^{r}& <\infty .\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>Then</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_172"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}\to {X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>as</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_173"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, almost surely.</italic></p></statement>
<p>In the following consistency theorem the moment condition imposed on the errors is relaxed.</p><statement id="j_vmsta104_stat_007"><label>Theorem 3.4</label>
<title>(Kukush and Van Huffel [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_010">10</xref>], Theorem 5b).</title>
<p><italic>Let for some r,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_174"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$1\le r<2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_025">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sup</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext mathvariant="italic">as</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext mathvariant="italic">as</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\underset{\begin{array}{c}i\ge 1\\{} j=1,\dots ,n+d\end{array}}{\sup }\mathbb{E}|{\delta _{ij}}{|}^{2r}& <\infty ,\\{} {m}^{-1/r}{\lambda _{\min }}\big({A_{0}^{\top }}{A_{0}}\big)& \to \infty \hspace{1em}\textit{as}\hspace{1em}m\to \infty ,\\{} \frac{{\lambda _{\min }^{2}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}{{\lambda _{\max }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}& \to \infty \hspace{1em}\textit{as}\hspace{1em}m\to \infty .\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>Then</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_175"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟶</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}\stackrel{\mathrm{P}}{\longrightarrow }{X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>as</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_176"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>.</italic></p></statement>
<p>Generalizations of Theorems <xref rid="j_vmsta104_stat_005">3.2</xref>, <xref rid="j_vmsta104_stat_006">3.3</xref>, and <xref rid="j_vmsta104_stat_007">3.4</xref> are obtained in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_018">18</xref>]. An essential improvement is achieved. Namely, it is not required that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_177"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{\min }^{-2}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}}){\lambda _{\max }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> converge to 0.</p><statement id="j_vmsta104_stat_008"><label>Theorem 3.5</label>
<title>(Shklyar [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_018">18</xref>], Theorem 4.1, generalization of Theorems <xref rid="j_vmsta104_stat_005">3.2</xref> and <xref rid="j_vmsta104_stat_007">3.4</xref>).</title>
<p><italic>Let for some r,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_178"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$1\le r\le 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_026">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sup</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext mathvariant="italic">as</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\underset{\begin{array}{c}i\ge 1\\{} j=1,\dots ,n+d\end{array}}{\sup }\mathbb{E}|{\delta _{ij}}{|}^{2r}& <\infty ,\\{} {m}^{-1/r}{\lambda _{\min }}\big({A_{0}^{\top }}{A_{0}}\big)& \to \infty \hspace{1em}\textit{as}\hspace{1em}m\to \infty .\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>Then</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_179"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟶</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}\stackrel{\mathrm{P}}{\longrightarrow }{X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>as</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_180"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>.</italic></p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_009"><label>Theorem 3.6</label>
<title>(Shklyar [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_018">18</xref>], Theorem 4.2, generalization of Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_006">3.3</xref>).</title>
<p><italic>Let for some</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_181"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$r\ge 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_182"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${m_{0}}\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_027">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sup</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\underset{\begin{array}{c}i\ge 1\\{} j=1,\dots ,n+d\end{array}}{\sup }\mathbb{E}|{\delta _{ij}}{|}^{2r}& <\infty ,\\{} {\sum \limits_{m={m_{0}}}^{\infty }}{\bigg(\frac{\sqrt{m}}{{\lambda _{\min }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}\bigg)}^{r}& <\infty .\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>Then</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_183"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}\to {X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>as</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_184"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, almost surely.</italic></p></statement>
<p>In the next theorem strong consistency is obtained for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_185"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$r<2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p><statement id="j_vmsta104_stat_010"><label>Theorem 3.7</label>
<title>(Shklyar [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_018">18</xref>], Theorem 4.3).</title>
<p><italic>Let for some r (</italic><inline-formula id="j_vmsta104_ineq_186"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$1\le r\le 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>) and</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_187"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${m_{0}}\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_028">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sup</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{\begin{array}{c}i\ge 1\\{} j=1,\dots ,n+d\end{array}}{\sup }\mathbb{E}|{\delta _{ij}}{|}^{2r}<\infty ,\hspace{2em}{\sum \limits_{m={m_{0}}}^{\infty }}\frac{1}{{\lambda _{\min }^{r}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}<\infty .\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>Then</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_188"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}\to {X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>as</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_189"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, almost surely.</italic></p></statement>
<p>The key point of the proof is the application of our own theorem on perturbation bounds for generalized eigenvectors (Theorems <xref rid="j_vmsta104_stat_022">6.5</xref> and <xref rid="j_vmsta104_stat_024">6.6</xref>, see also [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_018">18</xref>]). The conditions were relaxed by renormalization of the data.</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_007">
<label>4</label>
<title>Existence and uniqueness of the estimator</title>
<p>When we speak of sequence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_190"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{{A_{m}},\hspace{0.2778em}m\ge 1\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of random events parametrized by sample size <italic>m</italic>, we say that a random event occurs <italic>with high probability</italic> if the probability of the event tends to 1 as <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_191"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and we say that a random event occurs <italic>eventually</italic> if almost surely there exists <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_192"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${m_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that the random event occurs whenever <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_193"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m>{m_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, that is <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_194"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">P</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim inf</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathbb{P}(\underset{m\to \infty }{\liminf }{A_{m}})=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. (In this definition, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_195"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{m}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are random events. Elsewhere in this paper, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_196"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{m}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are matrices.) <statement id="j_vmsta104_stat_011"><label>Theorem 4.1.</label>
<p><italic>Under the conditions of Theorem</italic> <xref rid="j_vmsta104_stat_008"><italic>3.5</italic></xref><italic>, the following three events occur with high probability; under the conditions of Theorem</italic> <xref rid="j_vmsta104_stat_009"><italic>3.6</italic></xref> <italic>or</italic> <xref rid="j_vmsta104_stat_010"><italic>3.7</italic></xref><italic>, the following relations occur eventually.</italic> 
<list>
<list-item id="j_vmsta104_li_001">
<label>1.</label>
<p><italic>The constrained minimum in</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) <italic>is attained. If</italic> Δ <italic>satisfies the constraints in</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) (<italic>particularly, if matrix</italic> Δ <italic>is a solution to optimization problem</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>))<italic>, then the linear equation</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_015">8</xref>) <italic>has a solution</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_197"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>that is a full-rank matrix.</italic></p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta104_li_002">
<label>2.</label>
<p><italic>The optimization problem</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) <italic>has a unique solution</italic> Δ<italic>.</italic></p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta104_li_003">
<label>3.</label>
<p><italic>For any</italic> Δ <italic>that is a solution to</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>)<italic>, equation</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_017">9</xref>) <italic>(which is a linear equation in</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_198"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>) has a unique solution.</italic></p>
</list-item>
</list>
</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_012"><label>Theorem 4.2.</label>
<p>
<list>
<list-item id="j_vmsta104_li_004">
<label>1.</label>
<p><italic>The constrained minimum in</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>) <italic>is attained. If</italic> Δ <italic>satisfies the constraints in</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>)<italic>, then the linear equation</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_015">8</xref>) <italic>has a solution</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_199"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>that is a full-rank matrix.</italic></p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta104_li_005">
<label>2.</label>
<p><italic>Under the conditions of Theorem</italic> <xref rid="j_vmsta104_stat_008"><italic>3.5</italic></xref><italic>, the following random event occurs with high probability: for any</italic> Δ <italic>that is a solution to</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>)<italic>, equation</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_017">9</xref>) <italic>has a solution</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_200"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. (Equation</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_017">9</xref>) <italic>might have multiple solutions.) The solution is a consistent estimator of</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_201"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, i.e.,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_202"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}\to {X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>in probability.</italic></p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta104_li_006">
<label>3.</label>
<p><italic>Under the conditions of Theorem</italic> <xref rid="j_vmsta104_stat_009"><italic>3.6</italic></xref> <italic>or</italic> <xref rid="j_vmsta104_stat_010"><italic>3.7</italic></xref><italic>, the following random event occurs eventually: for any</italic> Δ <italic>that is a solution to</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>)<italic>, equation</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_017">9</xref>) <italic>has a solution</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_203"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. The solution is a strongly consistent estimator of</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_204"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, i.e.,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_205"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}\to {X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>almost surely.</italic></p>
</list-item>
</list>
</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_013"><label><italic>Remark</italic> 4.2-1.</label>
<p>Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_012">4.2</xref> can be generalized in the following way: all references to (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>) can be changed into references to (<xref rid="j_vmsta104_eq_021">12</xref>). Thus, if Frobenius norm in the definition of the estimator is changed to any unitarily invariant norm, the consistency results are still valid.</p></statement></p>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_008">
<label>5</label>
<title>Sketch of the proof of Theorems <xref rid="j_vmsta104_stat_008">3.5</xref>–<xref rid="j_vmsta104_stat_010">3.7</xref></title>
<p>Denote 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_029">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ N={C_{0}^{\top }}{C_{0}^{}}+{\lambda _{\mathrm{min}}}\big({A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}}\big)I.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Under the conditions of any of the consistency theorems in Section <xref rid="j_vmsta104_s_006">3</xref> there is a convergence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_206"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{\min }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}})\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Hence the matrix <italic>N</italic> is nonsingular for <italic>m</italic> large enough. The matrix <italic>N</italic> is used as the denominator in the law of large numbers. Also, it is used for rescaling the problem: the condition number of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_207"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N}^{-1/2}{C_{0}^{\top }}{C_{0}^{}}{N}^{-1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> equals 2 at most.</p>
<p>The proofs of consistency theorems differ one from another, but they have the same structure and common parts. First, the law of large numbers 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_030">
<label>(13)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {N}^{-1/2}\big({C}^{\top }C-{C_{0}^{\top }}{C_{0}^{}}-m\varSigma \big){N}^{-1/2}={N}^{-1/2}{\sum \limits_{i=1}^{m}}\big({c_{i}^{\top }}{c_{i}^{}}-{\big({c_{i}^{0}}\big)}^{\top }{c_{i}^{0}}-\varSigma \big){N}^{-1/2}\to 0\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
holds either in probability or almost surely, which depends on the theorem being proved. The proof varies for different theorems.</p>
<p>The inequalities (<xref rid="j_vmsta104_eq_112">54</xref>) and (<xref rid="j_vmsta104_eq_119">57</xref>) imply that whenever convergence (<xref rid="j_vmsta104_eq_030">13</xref>) occurs, the sine between vectors <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_208"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_209"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{\mathrm{ext}}^{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (in the univariate regression) or the largest of sines of canonical values between column spans of matrices <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_210"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_211"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{\mathrm{ext}}^{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> tends to 0 as the sample size <italic>m</italic> increases: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_031">
<label>(14)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \big\| \sin \angle ({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}})\big\| \le \big\| \sin \angle \big({N}^{1/2}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{N}^{1/2}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)\big\| \to 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
To prove (<xref rid="j_vmsta104_eq_031">14</xref>), we use some algebra, the fact that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_212"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{\mathrm{ext}}^{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (in the univariate model) or the columns of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_213"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{\mathrm{ext}}^{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (in the multivariate model) are the minimum-eigenvalue eigenvectors of matrix <italic>N</italic> (see ineq. (<xref rid="j_vmsta104_eq_105">52</xref>)), and eigenvector perturbation theorems – Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_022">6.5</xref> or Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_024">6.6</xref>.</p>
<p>Then, by Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_056">8.3</xref> we conclude that 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_032">
<label>(15)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \| \widehat{X}-{X_{0}}\| \to 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_009">
<label>6</label>
<title>Relevant classical results</title>
<p>We use some classical results. However, we state them in a form convenient for our study and provide the proof for some of them.</p>
<sec id="j_vmsta104_s_010">
<label>6.1</label>
<title>Generalized eigenvectors and eigenvalues</title>
<p>In this paper we deal with real matrices. Most theorems in this section can be generalized for matrices with complex entries by requiring that matrices be Hermitian rather than symmetric, and by complex conjugating where it is necessary.</p><statement id="j_vmsta104_stat_014"><label>Theorem 6.1</label>
<title>(Simultaneous diagonalization of a definite matrix pair).</title>
<p><italic>Let A and B be</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_214"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>symmetric matrices such that for some α and β the matrix</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_215"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\alpha A+\beta B$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is positive definite. Then there exist a nonsingular matrix T and diagonal matrices Λ and</italic> M <italic>such that</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_033">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ A={\big({T}^{-1}\big)}^{\top }\varLambda {T}^{-1},\hspace{2em}B={\big({T}^{-1}\big)}^{\top }\mathrm{M}{T}^{-1}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement>
<p>If in the decomposition <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_216"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$T=[{u_{1}},{u_{2}},\dots ,{u_{n}}]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_217"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\varLambda =\operatorname{diag}({\lambda _{1}},\dots ,{\lambda _{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_218"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathrm{M}=\operatorname{diag}({\mu _{1}},\dots ,{\mu _{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then the numbers <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_219"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{i}}/{\mu _{i}}\in \mathbb{R}\cup \{\infty \}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are called generalized eigenvalues, and the columns <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_220"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${u_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of the matrix <italic>T</italic> are called the right generalized eigenvectors of the matrix pencil <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_221"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\langle A,B\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> because the following relation holds true: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_034">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\mu _{i}}A{u_{i}}={\lambda _{i}}B{u_{i}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_014">6.1</xref> is well known; see Theorem IV.3.5 in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_019">19</xref>, page 318]. The conditions of Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_014">6.1</xref> can be changed as follows:</p><statement id="j_vmsta104_stat_015"><label>Theorem 6.2.</label>
<p><italic>Let A and B be symmetric positive semidefinite matrices. Then there exist a nonsingular matrix T and diagonal matrices Λ and</italic> M <italic>such that</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_035">
<label>(16)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ A={\big({T}^{-1}\big)}^{\top }\varLambda {T}^{-1},\hspace{2em}B={\big({T}^{-1}\big)}^{\top }\mathrm{M}{T}^{-1}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement>
<p>In Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_014">6.1</xref> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_222"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_223"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mu _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> cannot be equal to 0 for the same <italic>i</italic>, while in Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_015">6.2</xref> they can. On the other hand, in Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_014">6.1</xref> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_224"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_225"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mu _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be any real numbers, while in Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_015">6.2</xref> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_226"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{i}}\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_227"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mu _{i}}\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_015">6.2</xref> is proved in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_015">15</xref>]. <statement id="j_vmsta104_stat_016"><label><italic>Remark</italic> 6.2-1.</label>
<p>If the matrices <italic>A</italic> and <italic>B</italic> are symmetric and positive semidefinite, then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_036">
<label>(17)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{rk}\langle A,B\rangle =\operatorname{rk}(A+B),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_037">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{rk}\langle A,B\rangle =\underset{k}{\max }\operatorname{rk}(A+kB)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
is the <italic>determinantal rank</italic> of the matrix pencil <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_228"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\langle A,B\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. (For square <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_229"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrices <italic>A</italic> and <italic>B</italic>, the determinantal rank characterizes if the matrix pencil is regular or singular. The matrix pencil <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_230"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\langle A,B\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is regular if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_231"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{rk}\langle A,B\rangle =n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and singular if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_232"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{rk}\langle A,B\rangle <n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.)</p>
<p>The inequality <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_233"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{rk}\langle A,B\rangle \ge \operatorname{rk}(A+B)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> follows from the definition of the determinantal rank. For all <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_234"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\in \mathbb{R}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and for all such vectors <italic>x</italic> that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_235"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(A+B)x=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> we have <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_236"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x}^{\top }Ax+{x}^{\top }Bx=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and because of positive semidefiniteness of matrices <italic>A</italic> and <italic>B</italic>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_237"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x}^{\top }Ax\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_238"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x}^{\top }Bx\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Thus, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_239"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x}^{\top }Ax={x}^{\top }Bx=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Again, due to positive semidefiniteness of <italic>A</italic> and <italic>B</italic>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_240"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$Ax=Bx=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_241"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(A+kB)x=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Thus, for all <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_242"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\in \mathbb{R}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_038">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\big\{x:(A+B)x=0\big\}& \subset \big\{x:(A+kB)x=0\big\},\\{} \operatorname{rk}(A+B)& \ge \operatorname{rk}(A+kB),\\{} \operatorname{rk}\langle A,B\rangle =\underset{k}{\max }\operatorname{rk}(A+kB)& \le \operatorname{rk}(A+B),\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and (<xref rid="j_vmsta104_eq_036">17</xref>) is proved.</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_017"><label><italic>Remark</italic> 6.2-2.</label>
<p>Let <italic>A</italic> and <italic>B</italic> be positive semidefinite matrices of the same size such that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_243"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{rk}(A+B)=\operatorname{rk}(B)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The representation (<xref rid="j_vmsta104_eq_035">16</xref>) might be not unique. But there exists a representation (<xref rid="j_vmsta104_eq_035">16</xref>) such that 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_039">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">def</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">def</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">[</mml:mo><mml:mspace width="-0.1667em"/><mml:munder><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">def</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:munder><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mspace width="-0.1667em"/><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">]</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\lambda _{i}}& ={\mu _{i}}=0\hspace{1em}\text{if}\hspace{1em}i=1,\dots ,\operatorname{def}(B),\\{} {\mu _{i}}& >0\hspace{1em}\text{if}\hspace{1em}i=\operatorname{def}(B)+1,\dots ,n,\\{} T& =\big[\hspace{-0.1667em}\underset{n\times \operatorname{def}(B)}{{T_{1}}}\hspace{0.1667em}\hspace{0.1667em}\underset{n\times \operatorname{rk}(B)}{{T_{2}}}\hspace{-0.1667em}\big],\\{} {T_{1}^{\top }}{T_{2}^{}}& =0.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
(Here if the matrix <italic>B</italic> is nonsingular, then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_244"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_245"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> empty matrix; if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_246"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$B=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_247"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_248"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix. In these marginal cases, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_249"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{1}^{\top }}{T_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is an empty matrix and is considered to be zero matrix.) The desired representation can be obtained from [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_002">2</xref>] for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_250"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$S=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (in de Leeuw’s notation). This representation is constructed as follows. Let the columns of matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_251"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> make the orthogonal normalized basis of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_252"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">Ker</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{Ker}(B)=\{v:Bv=0\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. There exists <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_253"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times \operatorname{rk}(B)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix <italic>F</italic> such that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_254"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$B=F{F}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Let the columns of matrix <italic>L</italic> be the orthogonal normalized eigenvectors of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_255"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${F}^{\dagger }A{({F}^{\dagger })}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then set <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_256"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">L</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{2}}={({F}^{\dagger })}^{\top }L$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Note that the notation <italic>S</italic>, <italic>F</italic> and <italic>L</italic> is borrowed from [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_002">2</xref>], and is used only once. Elsewhere in the paper, the matrix <italic>F</italic> will have a different meaning.</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_018"><label>Proposition 6.3.</label>
<p><italic>Let A and B be symmetric positive semidefinite matrices such that</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_257"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{rk}(A+B)=\operatorname{rk}(B)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. In the simultaneous diagonalization in Theorem</italic> <xref rid="j_vmsta104_stat_015"><italic>6.2</italic></xref> <italic>with Remark</italic> <xref rid="j_vmsta104_stat_017"><italic>6.2-2</italic></xref> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_040">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:munder accentunder="false"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>︸</mml:mo></mml:munder></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">def</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">def</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{B}^{\dagger }& =T{\mathrm{M}}^{\dagger }{T}^{\top },\\{} {\mathrm{M}}^{\dagger }& =\operatorname{diag}\big(\underset{\operatorname{def}(B)}{\underbrace{0,\dots ,0}},{\mu _{\operatorname{def}(B)+1}^{-1}},\dots ,{\mu _{n}^{-1}}\big).\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_019"><label>Proof.</label>
<p>Let us verify the Moore–Penrose conditions: <disp-formula-group id="j_vmsta104_dg_002">
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_041">
<label>(18)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>M</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>M</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>M</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\big({T}^{-1}\big)}^{\top }\text{M}{T}^{-1}\hspace{0.1667em}T{\text{M}}^{\dagger }{T}^{\top }\hspace{0.1667em}{\big({T}^{-1}\big)}^{\top }\text{M}{T}^{-1}& ={\big({T}^{-1}\big)}^{\top }\text{M}{T}^{-1},\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_042">
<label>(19)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>M</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}T{\text{M}}^{\dagger }{T}^{\top }\hspace{0.1667em}{\big({T}^{-1}\big)}^{\top }\text{M}{T}^{-1}\hspace{0.1667em}T{\text{M}}^{\dagger }{T}^{\top }& =T{\text{M}}^{\dagger }{T}^{\top },\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</disp-formula-group> and the fact that the matrices <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_258"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>M</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${({T}^{-1})}^{\top }\text{M}{T}^{-1}\hspace{0.1667em}T{\text{M}}^{\dagger }{T}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_259"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>M</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$T{\text{M}}^{\dagger }{T}^{\top }\times {({T}^{-1})}^{\top }\text{M}{T}^{-1}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are symmetric. The equalities <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_260"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>(18)</mml:mtext></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{(18)}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_261"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>(19)</mml:mtext></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{(19)}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be verified directly; and the symmetry properties can be reduced to the equality 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_043">
<label>(20)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\big({T}^{-1}\big)}^{\top }{P_{\mathrm{M}}}{T}^{\top }={T}^{}{P_{\mathrm{M}}}{T}^{-1}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
with <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_262"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:munder accentunder="false"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>︸</mml:mo></mml:munder></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">def</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:munder accentunder="false"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>︸</mml:mo></mml:munder></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${P_{\mathrm{M}}}=\mathrm{M}{\mathrm{M}}^{\dagger }=\operatorname{diag}(\underset{\operatorname{def}(B)}{\underbrace{0,\dots ,0}},\underset{\operatorname{rk}(B)}{\underbrace{1,\dots ,1}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Since <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_263"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{1}^{\top }}{T_{2}^{}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_264"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T}^{\top }{T}^{}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a block diagonal matrix. Hence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_265"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${P_{\mathrm{M}}}{T}^{\top }T={T}^{\top }{T}^{}{P_{\mathrm{M}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, whence (<xref rid="j_vmsta104_eq_043">20</xref>) follows.  □</p></statement></p>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_011">
<label>6.2</label>
<title>Angle between two linear subspaces</title>
<p>Let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_266"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_267"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be linear subspaces of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_268"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathbb{R}}^{n}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, with <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_269"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\dim {V_{1}}={k_{1}}\le \dim {V_{2}}={k_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then there exists an orthogonal <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_270"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix U such that <disp-formula-group id="j_vmsta104_dg_003">
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_044">
<label>(21)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="⟨" close="⟩"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">cos</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{V_{1}}& =\operatorname{span}\left\langle U\left(\begin{array}{c}{\operatorname{diag}_{{k_{2}}\times {k_{1}}}}(\cos {\theta _{i}},\hspace{0.2778em}i=1,\dots ,{k_{1}})\\{} {\operatorname{diag}_{(n-{k_{2}})\times {k_{1}}}}(\sin {\theta _{i}},\hspace{0.2778em}i=1,\dots ,\min (n-{k_{2}},\hspace{0.2222em}{k_{1}}))\end{array}\right)\right\rangle ,\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_045">
<label>(22)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="⟨" close="⟩"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{V_{2}}& =\operatorname{span}\left\langle U\left(\begin{array}{c}{I_{{k_{2}}}}\\{} {0_{(n-{k_{2}})\times {k_{2}}}}\end{array}\right)\right\rangle .\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</disp-formula-group> Here rectangular diagonal matrices are allowed. If in (<xref rid="j_vmsta104_eq_044">21</xref>) there are more cosines than sines (i.e., if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_271"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k_{2}}+{k_{1}}>n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>), then the excessive cosines should be equal to 1, so the columns of the bidiagonal matrix in (<xref rid="j_vmsta104_eq_044">21</xref>) are unit vectors (which are orthogonal to each other). Here the columns of <italic>U</italic> are the vectors of some convenient “new” basis in <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_272"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathbb{R}}^{n}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, so <italic>U</italic> is a transitional matrix from the standard basis to “new” basis; the columns of matrix products in <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_273"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle \cdots \hspace{0.1667em}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in (<xref rid="j_vmsta104_eq_044">21</xref>) and (<xref rid="j_vmsta104_eq_045">22</xref>) are the vectors of the bases of subspaces <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_274"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_275"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; the bidiagonal matrix in (<xref rid="j_vmsta104_eq_044">21</xref>) and the diagonal matrix in (<xref rid="j_vmsta104_eq_045">22</xref>) are the transitional matrices from “new” basis in <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_276"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathbb{R}}^{n}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to the bases in <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_277"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_278"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, respectively.</p>
<p>The angles <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_279"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\theta _{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are called the canonical angles between <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_280"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_281"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. They can be selected so that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_282"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$0\le {\theta _{k}}\le \frac{1}{2}\pi $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (to achieve this, we might have to reverse some vectors of the bases).</p>
<p>Denote <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_283"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${P_{{V_{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> the matrix of the orthogonal projector onto <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_284"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The singular values of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_285"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${P_{{V_{1}}}}(I-{P_{{V_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are equal to <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_286"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\sin {\theta _{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (<inline-formula id="j_vmsta104_ineq_287"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=1,\dots ,{k_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>); besides them, there is a singular value 0 of multiplicity <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_288"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n-{k_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Denote the greatest of the sines of the canonical eigenvalues 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_046">
<label>(23)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \big\| \sin \angle ({V_{1}},{V_{2}})\big\| =\underset{k=1,\dots ,{k_{1}}}{\max }\sin {\theta _{k}}=\big\| {P_{{V_{1}}}}(I-{P_{{V_{2}}}})\big\| .\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>If <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_289"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\dim {V_{1}}=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_290"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{1}}=\operatorname{span}\langle v\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_047">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">dist</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \sin \angle (v,{V_{2}})=\bigg\| (I-{P_{{V_{2}}}})\frac{v}{\| v\| }\bigg\| =\operatorname{dist}\bigg(\frac{1}{\| v\| }v,{V_{2}}\bigg).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
This can be generalized for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_291"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\dim {V_{1}}\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_048">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mo fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \big\| \sin \angle ({V_{1}},{V_{2}})\big\| =\underset{v\in {V_{1}}\setminus \{0\}}{\max }\bigg\| (I-{P_{{V_{2}}}})\frac{v}{\| v\| }\bigg\| ,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
whence 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_049">
<label>(24)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\big\| \sin \angle ({V_{1}},{V_{2}})\big\| }^{2}& =\underset{v\in {V_{1}}\setminus \{0\}}{\max }\frac{{v}^{\top }(I-{P_{{V_{2}}}})v}{\| v{\| }^{2}},\\{} 1-{\big\| \sin \angle ({V_{1}},{V_{2}})\big\| }^{2}& =\underset{v\in {V_{1}}\setminus \{0\}}{\min }\frac{{v}^{\top }{P_{{V_{2}}}}v}{\| v{\| }^{2}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>If <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_292"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\dim {V_{1}}=\dim {V_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_293"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ({V_{1}},{V_{2}})\| =\| {P_{{V_{1}}}}-{P_{{V_{2}}}}\| $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and therefore <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_294"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ({V_{1}},{V_{2}})\| =\| \sin \angle ({V_{2}},{V_{1}})\| $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Otherwise the right-hand side of (<xref rid="j_vmsta104_eq_046">23</xref>) may change if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_295"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_296"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are swapped (particularly, if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_297"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\dim {V_{1}}<\dim {V_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_298"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| {P_{{V_{1}}}}(I-{P_{{V_{2}}}})\| $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> may or may not be equal to 1, but always <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_299"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| {P_{{V_{2}}}}(I-{P_{{V_{1}}}})\| =1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; see the proof of Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_053">8.2</xref> in the appendix).</p>
<p>We will often omit “span” in arguments of sine. Thus, for <italic>n</italic>-row matrices <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_300"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_301"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_302"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ({X_{1}},{V_{2}})\| =\| \sin \angle (\operatorname{span}\langle {X_{1}}\rangle ,{V_{2}})\| $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_303"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ({X_{1}},{X_{2}})\| =\| \sin \angle (\operatorname{span}\langle {X_{1}}\rangle ,\operatorname{span}\langle {X_{2}}\rangle )\| $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. <statement id="j_vmsta104_stat_020"><label>Lemma 6.4.</label>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_304"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{11}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_305"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_306"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{13}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be three linear subspaces in</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_307"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathbb{R}}^{n}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, with</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_308"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\dim {V_{11}}={d_{1}}<\dim {V_{2}}={d_{2}}<\dim {V_{13}}={d_{3}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_309"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{11}}\subset {V_{13}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. Then there exists such a linear subspace</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_310"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{12}}\subset {\mathbb{R}}^{n}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>that</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_311"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{11}}\subset {V_{12}}\subset {V_{13}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_312"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\dim {V_{12}}={d_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, and</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_313"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ({V_{12}},{V_{2}})\| =1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>.</italic></p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_021"><label>Proof.</label>
<p>Since <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_314"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\dim {V_{13}}+\dim {V_{2}^{\perp }}={d_{3}}+n-{d_{2}}>n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, there exists a vector <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_315"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v\ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_316"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∩</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v\in {V_{13}}\cap {V_{2}^{\perp }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Since <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_317"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\max ({d_{1}},1)\le \dim \operatorname{span}\langle {V_{11}},v\rangle \le {d_{1}}+1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, it holds that 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_050">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \dim \operatorname{span}\langle {V_{11}},v\rangle \le {d_{2}}<\dim {V_{13}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Therefore, there exists a <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_318"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${d_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-dimensional subspace <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_319"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{12}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_320"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {V_{11}},v\rangle \hspace{0.1667em}\subset \hspace{0.1667em}{V_{12}}\subset {V_{13}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_321"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{11}}\subset {V_{12}}\subset {V_{13}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_322"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∩</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v\in {V_{12}}\cap {V_{2}^{\perp }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Hence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_323"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${P_{{V_{12}}}}(I-{P_{{V_{2}}}})v=v$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_324"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| {P_{{V_{12}}}}(I-{P_{{V_{2}}}})\| \ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and due to equation (<xref rid="j_vmsta104_eq_046">23</xref>), <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_325"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ({V_{12}},\hspace{0.1667em}{V_{2}})\| =1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Thus, the subspace <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_326"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{12}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has the desired properties.  □</p></statement></p>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_012">
<label>6.3</label>
<title>Perturbation of eigenvectors and invariant spaces</title><statement id="j_vmsta104_stat_022"><label>Lemma 6.5.</label>
<p><italic>Let A, B,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_327"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\tilde{A}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be symmetric matrices,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_328"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{\min }}(A)=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_329"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{2}}(A)>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_330"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{\min }}(B)\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_331"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$A{x_{0}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_332"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$B{x_{0}}\ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>(so</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_333"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is an eigenvector of the matrix A that corresponds to the minimum eigenvalue). Let minimum of the function</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_051">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ f(x):=\frac{{x}^{\top }(A+\tilde{A})x}{{x}^{\top }Bx},\hspace{2em}{x}^{\top }Bx>0,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>be attained at the point</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_334"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. Then</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_052">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\sin }^{2}\angle ({x_{\ast }},{x_{0}})\le \frac{\| \tilde{A}\| }{{\lambda _{2}}(A)}\bigg(1+\frac{\| {x_{0}}{\| }^{2}}{{x_{0}^{\top }}B{x_{0}}}\hspace{0.1667em}\frac{{x}^{\top }Bx}{\| x{\| }^{2}}\bigg).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_023"><label><italic>Remark</italic> 6.5-1.</label>
<p>The function <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_335"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> may or may not attain the minimum. Thus the condition <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_336"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f({x_{\ast }})={\min _{{x}^{\top }Bx>0}}f(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> sometimes cannot be satisfied. But the theorem is still true if 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_053">
<label>(25)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim inf</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">inf</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="-0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{x\to {x_{\ast }}}{\liminf }f(x)=\underset{x:\hspace{0.2778em}{x}^{\top }\hspace{-0.1667em}Bx>0}{\inf }f(x)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_337"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{\ast }}\ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p></statement>
<p>Now proclaim the multivariate generalization of Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_022">6.5</xref>. We will not generalize Remark <xref rid="j_vmsta104_stat_023">6.5-1</xref>. Instead, we will check that the minimum is attained when we use Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_024">6.6</xref> (see Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_042">7.10</xref>). <statement id="j_vmsta104_stat_024"><label>Lemma 6.6.</label>
<p><italic>Let A, B,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_338"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\tilde{A}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_339"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>symmetric matrices,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_340"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{i}}(A)=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>for all</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_341"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i=1,\dots ,d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_342"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{d+1}}(A)>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_343"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{\min }}(B)\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_344"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_345"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>matrix such that</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_346"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$A{X_{0}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and the matrix</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_347"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}^{\top }}B{X_{0}^{}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is nonsingular. Let the functional</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_054">
<label>(26)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext mathvariant="italic">if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mtext mathvariant="italic">and</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext mathvariant="italic">,</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mtext mathvariant="italic">is not defined otherwise,</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}f(X)& ={\lambda _{\max }}\big({\big({X}^{\top }BX\big)}^{-1}{X}^{\top }(A+\tilde{A})X\big)\hspace{1em}\textit{if}\hspace{2.5pt}X\in {\mathbb{R}}^{n\times d}\hspace{2.5pt}\textit{and}\hspace{2.5pt}{X}^{\top }BX>0\textit{,}\\{} f(X)& \hspace{0.2778em}\textit{is not defined otherwise,}\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>attain its minimum. Then for any point X where the minimum is attained,</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_055">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\big\| \sin \angle (X,{X_{0}})\big\| }^{2}\le \frac{\| \tilde{A}\| }{{\lambda _{d+1}}(A)}\big(1+\| B\| \hspace{0.1667em}{\lambda _{\max }}\big({\big({X_{0}^{\top }}B{X_{0}^{}}\big)}^{-1}{X_{0}^{\top }}{X_{0}^{}}\big)\big).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement></p>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_013">
<label>6.4</label>
<title>Rosenthal inequality</title>
<p>In the following theorems, a random variable <italic>ξ</italic> is called <italic>centered</italic> if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_348"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathbb{E}\xi =0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p><statement id="j_vmsta104_stat_025"><label>Theorem 6.7.</label>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_349"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\nu \ge 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be a nonrandom real number. Then there exist</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_350"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\alpha \ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_351"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\beta \ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>such that for any set of centered mutually independent random variables</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_352"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{{\xi _{i}},i=1,\dots ,m\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_353"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, the following inequality holds true:</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_056">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="2.45em" minsize="2.45em" stretchy="true">|</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo maxsize="2.45em" minsize="2.45em" stretchy="true">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">(</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \mathbb{E}\Bigg[{\Bigg|{\sum \limits_{i=1}^{m}}{\xi _{i}}\Bigg|}^{\nu }\Bigg]\le \alpha {\sum \limits_{i=1}^{m}}\mathbb{E}\big[|{\xi _{i}}{|}^{\nu }\big]+\beta {\Bigg({\sum \limits_{i=1}^{m}}\mathbb{E}{\xi _{i}^{2}}\Bigg)}^{\nu /2}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement>
<p>Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_025">6.7</xref> is well known; see [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_016">16</xref>, Theorem 2.9, page 59]. <statement id="j_vmsta104_stat_026"><label>Theorem 6.8.</label>
<p><italic>Let ν be a nonrandom real number,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_354"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$1\le \nu \le 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. Then there exists</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_355"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\alpha \ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>such that for any set of centered mutually independent random variables</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_356"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{{\xi _{i}},i=1,\dots ,m\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_357"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, the inequality holds true:</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_057">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="2.45em" minsize="2.45em" stretchy="true">|</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo maxsize="2.45em" minsize="2.45em" stretchy="true">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \mathbb{E}\Bigg[{\Bigg|{\sum \limits_{i=1}^{m}}{\xi _{i}}\Bigg|}^{\nu }\Bigg]\le \alpha {\sum \limits_{i=1}^{m}}\mathbb{E}\big[|{\xi _{i}}{|}^{\nu }\big].\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_027"><label>Proof.</label>
<p>The desired inequality is trivial for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_358"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\nu =1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. For all <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_359"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$1<\nu \le 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> it is a consequence of the Marcinkiewicz–Zygmund inequality 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_058">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="2.45em" minsize="2.45em" stretchy="true">|</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo maxsize="2.45em" minsize="2.45em" stretchy="true">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">(</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \mathbb{E}\Bigg[{\Bigg|{\sum \limits_{i=1}^{m}}{\xi _{i}}\Bigg|}^{\nu }\Bigg]\le \alpha \mathbb{E}\Bigg[{\Bigg({\sum \limits_{i=1}^{m}}{\xi _{i}^{2}}\Bigg)}^{\nu /2}\Bigg]\le \alpha \mathbb{E}{\sum \limits_{i=1}^{m}}|{\xi _{i}}{|}^{\nu }=\alpha {\sum \limits_{i=1}^{m}}\mathbb{E}|{\xi _{i}}{|}^{\nu }.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Here the first inequality is due to Marcinkiewicz and Zygmund [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_011">11</xref>, Theorem 13]. The second inequality follows from the fact that for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_360"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\nu \le 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_059">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">(</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\Bigg({\sum \limits_{i=1}^{m}}{\xi _{i}^{2}}\Bigg)}^{\nu /2}\le {\sum \limits_{i=1}^{m}}|{\xi _{i}}{|}^{\nu }.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
 □</p></statement></p>
</sec>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_014">
<label>7</label>
<title>Generalized eigenvalue problem for positive semidefinite matrices</title>
<p>In this section we explain the relationship between the TLS estimator and the generalized eigenvalue problem. The results of this section are important for constructing the TLS estimator. Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_041">7.9</xref> is used to state the uniqueness of the TLS estimator.</p><statement id="j_vmsta104_stat_028"><label>Lemma 7.1.</label>
<p><italic>Let A and B be</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_361"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>symmetric positive semidefinite matrices, with simultaneous diagonalization</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_060">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ A={\big({T}^{-1}\big)}^{\top }\varLambda {T}^{-1},\hspace{2em}B={\big({T}^{-1}\big)}^{\top }\mathrm{M}{T}^{-1},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>with</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_061">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">Λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \varLambda =\operatorname{diag}({\lambda _{1}},\dots ,{\lambda _{n}}),\hspace{2em}\mathrm{M}=\operatorname{diag}({\mu _{1}},\dots ,{\mu _{n}})\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>(see Theorem</italic> <xref rid="j_vmsta104_stat_015"><italic>6.2</italic></xref> <italic>for its existence). For</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_362"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i=1,\dots ,n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>denote</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_062">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="{" close=""><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" columnalign="left left"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mtext mathvariant="italic">if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext mathvariant="italic">,</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mtext mathvariant="italic">if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext mathvariant="italic">,</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mtext mathvariant="italic">if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext mathvariant="italic">,</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext mathvariant="italic">.</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\nu _{i}}=\left\{\begin{array}{l@{\hskip10.0pt}l}{\lambda _{i}}/{\mu _{i}}\hspace{1em}& \textit{if}\hspace{2.5pt}{\mu _{i}}>0\textit{,}\\{} 0\hspace{1em}& \textit{if}\hspace{2.5pt}{\lambda _{i}}=0\textit{,}\\{} +\infty \hspace{1em}& \textit{if}\hspace{2.5pt}{\lambda _{i}}>0\textit{,}\hspace{2.5pt}{\mu _{i}}=0\textit{.}\end{array}\right.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>Assume that</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_363"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{1}}\le {\nu _{2}}\le \cdots \le {\nu _{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. Then</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_063">
<label>(27)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">“</mml:mtext><mml:mo>∃</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext mathvariant="italic">”</mml:mtext><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\nu _{i}}=\min \big\{\lambda \ge 0|\textit{``}\exists V,\hspace{2.5pt}\dim V=i:(A-\lambda B){|_{V}}\le 0\textit{''}\big\},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>i.e.,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_364"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is the smallest number</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_365"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\lambda \ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, such that there exists an i-dimensional subspace</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_366"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$V\subset {\mathbb{R}}^{n}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, such that the quadratic form</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_367"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$A-\lambda B$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is negative semidefinite on V.</italic></p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_029"><label><italic>Remark</italic> 7.1-1.</label>
<p><inline-formula id="j_vmsta104_ineq_368"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}<\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> if and only if 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_064">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>∃</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo>∃</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \exists \lambda \hspace{2.5pt}\exists V,\hspace{2.5pt}\dim V=i:(A-\lambda B){|_{V}}\le 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_030"><label><italic>Remark</italic> 7.1-2.</label>
<p>Let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_369"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}<\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The minimum in (<xref rid="j_vmsta104_eq_063">27</xref>) is attained for <italic>V</italic> being the linear span of first <italic>i</italic> columns of the matrix <italic>T</italic> (i.e., the linear span of the eigenvectors of the matrix pencil <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_370"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\langle A,B\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> that correspond to the <italic>i</italic> smallest generalized eigenvalues). That is 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_065">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>for</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ (A-{\nu _{i}}B){|_{V}}\le 0\hspace{1em}\text{for}\hspace{1em}V=\operatorname{span}\big\langle T(\begin{array}{c}{I_{k}}\\{} {0_{(n-k)\times k}}\end{array})\big\rangle .\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement>
<p>In Propositions <xref rid="j_vmsta104_stat_031">7.2</xref>–<xref rid="j_vmsta104_stat_036">7.5</xref> the following optimization problem is considered. For a fixed <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_371"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix <italic>X</italic> find an <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_372"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\times (n+d)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix Δ where the constrained minimum is attained: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_066">
<label>(28)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfenced separators="" open="{" close=""><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \left\{\begin{array}{l}\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }\to \min ;\hspace{1em}\\{} \Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0;\hspace{1em}\\{} (C-\Delta )X=0.\hspace{1em}\end{array}\right.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Here the matrix <italic>X</italic> is assumed to be of full rank: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_067">
<label>(29)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{rk}X=d.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p><statement id="j_vmsta104_stat_031"><label>Proposition 7.2.</label>
<p><italic>1. The constraints in (</italic><xref rid="j_vmsta104_eq_066"><italic>28</italic></xref><italic>) are compatible if and only if</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_068">
<label>(30)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" fence="true">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" fence="true">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" fence="true">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" fence="true">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{span}\big\langle {X}^{\top }{C}^{\top }\big\rangle \subset \operatorname{span}\big\langle {X}^{\top }\varSigma \big\rangle .\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>Here</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_373"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle M\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is a column space of the matrix M.</italic></p>
<p><italic>2. Let the constraints in (</italic><xref rid="j_vmsta104_eq_066"><italic>28</italic></xref><italic>) be compatible. Then the least element of the partially ordered set (in the Loewner order)</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_374"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mtext mathvariant="italic">and</mml:mtext><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }:\Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0\hspace{0.2778em}\textit{and}\hspace{0.2778em}(C-\Delta )X=0\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is attained for</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_375"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta =CX{({X}^{\top }\varSigma X)}^{\dagger }{X}^{\top }\varSigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and is equal to</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_376"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$CX{({X}^{\top }\varSigma X)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. This means the following:</italic></p>
<p><italic>2a. For</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_377"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta =CX{({X}^{\top }\varSigma X)}^{\dagger }{X}^{\top }\varSigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, it holds that</italic> <disp-formula-group id="j_vmsta104_dg_004">
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_069">
<label>(31)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})& =0,\hspace{2em}(C-\Delta )X=0,\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_070">
<label>(32)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }& =CX{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top };\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</disp-formula-group></p>
<p><italic>2b. For any</italic> Δ <italic>which satisfies the constraints</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_378"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_379"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(C-\Delta )X=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_071">
<label>(33)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }\ge CX{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_032"><label><italic>Remark</italic> 7.2-1.</label>
<p>If the constraints are compatible, the least element (and the unique minimum) is attained at a single point. Namely, the equalities 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_072">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})& =0,\hspace{2em}(C-\Delta )X=0,\\{} \Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }& =CX{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
imply <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_380"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta =CX{({X}^{\top }\varSigma X)}^{\dagger }{X}^{\top }\varSigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_033"><label>Proposition 7.3.</label>
<p><italic>Let the matrix pencil</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_381"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\langle {C}^{\top }C,\varSigma \rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be definite and</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_067">29</xref>) <italic>hold. The constraints in (</italic><xref rid="j_vmsta104_eq_066"><italic>28</italic></xref><italic>) are compatible if and only if the matrix</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_382"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X}^{\top }\varSigma X$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is nonsingular. Then Proposition</italic> <xref rid="j_vmsta104_stat_031"><italic>7.2</italic></xref> <italic>still holds true if</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_383"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${({X}^{\top }\varSigma X)}^{-1}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is substituted for</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_384"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${({X}^{\top }\varSigma X)}^{\dagger }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>.</italic></p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_034"><label>Proposition 7.4.</label>
<p><italic>Let X be an</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_385"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>matrix which satisfies</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_067">29</xref>) <italic>and makes the constraints in (</italic><xref rid="j_vmsta104_eq_066"><italic>28</italic></xref><italic>) compatible. Then for</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_386"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=1,2,\dots ,d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_073">
<label>(34)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">“</mml:mtext><mml:mo>∃</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext mathvariant="italic">”</mml:mtext><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& \underset{\begin{array}{c}\Delta (I-{P_{\varSigma }})=0\\{} (C-\Delta )X=0\end{array}}{\min }{\lambda _{k+m-d}}\big(\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }\big)\\{} & \hspace{1em}=\min \big\{\lambda \ge 0:\textit{``}\exists V\subset \operatorname{span}\langle X\rangle ,\hspace{0.2778em}\dim V=k:\big({C}^{\top }C-\lambda \varSigma \big){|_{V}}\le 0\textit{''}\big\}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_035"><label><italic>Remark</italic> 7.4-1.</label>
<p>In the left-hand side of (<xref rid="j_vmsta104_eq_073">34</xref>) the minima are attained for the same <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_387"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta =CX{({X}^{\top }\varSigma X)}^{\dagger }{X}^{\top }\varSigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for all <italic>k</italic> (the <italic>k</italic> sets where the minima are attained have non-empty intersection; we will show that the intersection comprises of a single element).</p>
<p>One can choose a stack of subspaces 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_074">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {V_{1}}\subset {V_{2}}\subset \cdots \subset {V_{d}}=\operatorname{span}\langle X\rangle \]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
such that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_388"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the element where the minimum in the right-hand side of (<xref rid="j_vmsta104_eq_073">34</xref>) is attained, i.e., for all <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_389"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=1,\dots ,d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_075">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \dim {V_{k}}=k,\hspace{2em}{V_{k}}\subset \operatorname{span}\langle X\rangle ,\hspace{2em}\big({C}^{\top }C-{\nu _{k}}\varSigma \big){|_{{V_{k}}}}\le 0,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
with <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_390"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{k}}={\min _{\begin{array}{c}\Delta (I-{P_{\varSigma }})=0\\{} (C-\Delta )X=0\end{array}}}{\lambda _{k+m-d}}(\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top })$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p></statement>
<p>In Propositions <xref rid="j_vmsta104_stat_036">7.5</xref> to <xref rid="j_vmsta104_stat_041">7.9</xref>, we will use notation from simultaneous diagonalization of matrices <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_391"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C}^{\top }C$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <italic>Σ</italic>: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_076">
<label>(35)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {C}^{\top }C={\big({T}^{-1}\big)}^{\top }\varLambda {T}^{-1},\hspace{2em}\varSigma ={\big({T}^{-1}\big)}^{\top }\mathrm{M}{T}^{-1},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_077">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">Λ</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\varLambda & =\operatorname{diag}({\lambda _{1}},\dots ,{\lambda _{n+d}}),\hspace{2em}\mathrm{M}=\operatorname{diag}({\mu _{1}},\dots ,{\mu _{n+d}}),\\{} T& =[{u_{1}},{u_{2}},\dots ,{u_{d}},\dots ,{u_{n+d}}].\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
If Remark <xref rid="j_vmsta104_stat_017">6.2-2</xref> is applicable, let the simultaneous diagonalization be constructed accordingly. For <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_392"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=1,\dots ,n+d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> denote 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_078">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="{" close=""><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" columnalign="left left"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>,</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>,</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>,</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>.</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\nu _{i}}=\left\{\begin{array}{l@{\hskip10.0pt}l}{\lambda _{k}}/{\mu _{k}}\hspace{1em}& \text{if}\hspace{2.5pt}{\mu _{k}}>0\text{,}\\{} 0\hspace{1em}& \text{if}\hspace{2.5pt}{\lambda _{k}}=0\text{,}\\{} +\infty \hspace{1em}& \text{if}\hspace{2.5pt}{\lambda _{k}}>0\text{,}\hspace{2.5pt}{\mu _{k}}=0\text{.}\end{array}\right.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_393"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be arranged in ascending order.</p><statement id="j_vmsta104_stat_036"><label>Proposition 7.5.</label>
<p><italic>Let X be an</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_394"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>matrix which satisfies</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_067">29</xref>) <italic>and makes constraints in</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_066">28</xref>) <italic>compatible. Then</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_079">
<label>(36)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{\begin{array}{c}\Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0\\{} (C-\Delta )X=0\end{array}}{\min }{\lambda _{k+m-d}}\big(\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }\big)\ge {\nu _{k}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p><italic>If</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_395"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{d}}<\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, then for</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_396"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$X=[{u_{1}},{u_{2}},\dots ,{u_{d}}]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>the inequality in (</italic><xref rid="j_vmsta104_eq_079"><italic>36</italic></xref><italic>) becomes an equality.</italic></p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_037"><label>Corollary.</label>
<p><italic>In the minimization problem (</italic><xref rid="j_vmsta104_eq_020"><italic>11</italic></xref><italic>), the constrained minimum is equal to</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_080">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{\begin{array}{c}\Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0\\{} \operatorname{rk}(C-\Delta )\le n\end{array}}{\min }{\lambda _{\max }}\big(\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }\big)={\nu _{d}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_038"><label>Proposition 7.6.</label>
<p><italic>In the minimization problem (</italic><xref rid="j_vmsta104_eq_014"><italic>7</italic></xref><italic>) the constrained minimum is equal to</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_081">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{\begin{array}{c}\Delta (I-{P_{\varSigma }})=0\\{} \operatorname{rk}(C-\Delta )\le n\end{array}}{\min }{\big\| {\big(\Delta \hspace{0.1667em}{\varSigma }^{1/2}\big)}^{\dagger }\big\| _{F}}=\sqrt{{\sum \limits_{k=1}^{d}}{\nu _{k}}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p><italic>Whenever the minimum in (</italic><xref rid="j_vmsta104_eq_014"><italic>7</italic></xref><italic>) is attained for some matrix</italic> Δ<italic>, the minimum in (</italic><xref rid="j_vmsta104_eq_020"><italic>11</italic></xref><italic>) is attained for the same</italic> Δ<italic>.</italic></p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_039"><label>Proposition 7.7.</label>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_397"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| M{\| _{\mathrm{U}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be an arbitrary unitarily invariant norm on</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_398"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>matrices. Singular values of the matrix M are arranged in descending order and denoted</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_399"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sigma _{i}}(M)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>:</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_082">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\sigma _{1}}(M)\ge {\sigma _{2}}(M)\ge \cdots \ge {\sigma _{\min (m,n)}}(M)\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_400"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${M_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_401"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${M_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_402"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>matrices. Then</italic> 
<list>
<list-item id="j_vmsta104_li_007">
<label>1.</label>
<p><italic>If</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_403"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sigma _{i}}({M_{1}})\le {\sigma _{i}}({M_{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>for all</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_404"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i=1,\dots ,\min (m,n)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, then</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_405"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| {M_{1}}{\| _{\mathrm{U}}}\le \| {M_{2}}{\| _{\mathrm{U}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>.</italic></p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta104_li_008">
<label>2.</label>
<p><italic>If</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_406"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sigma _{1}}({M_{1}})<{\sigma _{1}}({M_{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_407"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sigma _{i}}({M_{1}})\le {\sigma _{i}}({M_{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>for all</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_408"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i=2,\dots ,\min (m,n)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, then</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_409"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| {M_{1}}{\| _{\mathrm{U}}}<\| {M_{2}}{\| _{\mathrm{U}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>.</italic></p>
</list-item>
</list>
</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_040"><label>Proposition 7.8.</label>
<p><italic>Consider the optimization problem</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_021">12</xref>) <italic>with arbitrary unitarily invariant norm</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_410"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| M{\| _{\mathrm{U}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. Then</italic> 
<list>
<list-item id="j_vmsta104_li_009">
<label>1.</label>
<p><italic>Any minimizer</italic> Δ <italic>to the optimization problem</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) <italic>also minimizes</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_021">12</xref>)<italic>.</italic></p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta104_li_010">
<label>2.</label>
<p><italic>Any minimizer</italic> Δ <italic>to the optimization problem</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_021">12</xref>) <italic>also minimizes</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>)<italic>.</italic></p>
</list-item>
</list>
</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_041"><label>Proposition 7.9.</label>
<p><italic>For any</italic> Δ <italic>where the minimum in (</italic><xref rid="j_vmsta104_eq_014"><italic>7</italic></xref><italic>) is attained and the corresponding solution</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_411"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>of the linear equations (</italic><xref rid="j_vmsta104_eq_015"><italic>8</italic></xref><italic>) (</italic><inline-formula id="j_vmsta104_ineq_412"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is an</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_413"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>matrix of rank d), it holds that</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_083">
<label>(37)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{span}\langle {u_{i}}:{\nu _{i}}<{\nu _{d}}\rangle \subset \operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\rangle \subset \operatorname{span}\langle {u_{i}}:{\nu _{i}}\le {\nu _{d}}\rangle .\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p><italic>Conversely, if</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_414"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{d}}<+\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and the matrix</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_415"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>satisfies conditions (</italic><xref rid="j_vmsta104_eq_083"><italic>37</italic></xref><italic>), then there exists a common solution</italic> Δ <italic>to the minimization problem (</italic><xref rid="j_vmsta104_eq_014"><italic>7</italic></xref><italic>) and the linear equations (</italic><xref rid="j_vmsta104_eq_015"><italic>8</italic></xref><italic>).</italic></p></statement>
<p>As a consequence, if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_416"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{d}}<{\nu _{d+1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) and (<xref rid="j_vmsta104_eq_015">8</xref>) unambiguously determine <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_417"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of rank <italic>d</italic>.</p><statement id="j_vmsta104_stat_042"><label>Proposition 7.10.</label>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_418"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\langle {C}^{\top }C,\varSigma \rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be a definite matrix pencil. Then for any</italic> Δ <italic>where the minimum in (</italic><xref rid="j_vmsta104_eq_020"><italic>11</italic></xref><italic>) is attained, the corresponding solution</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_419"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>of the linear equations (</italic><xref rid="j_vmsta104_eq_015"><italic>8</italic></xref><italic>) (such that</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_420"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{rk}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}=d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>) is a point where the minimum of the functional</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_084">
<label>(38)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">↦</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ X\mapsto {\lambda _{\max }}\big({\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{-1}{X}^{\top }{C}^{\top }CX\big),\hspace{1em}X\in {\mathbb{R}}^{(n+d)\times d},\hspace{1em}{X}^{\top }\varSigma X>0,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>is attained. It is also a point where the minimum of</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_085">
<label>(39)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">↦</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ X\mapsto {\lambda _{\max }}\big({\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{-1}{X}^{\top }\big({C}^{\top }C-m\varSigma \big)X\big),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>is attained.</italic></p></statement>
<p>The functional (<xref rid="j_vmsta104_eq_085">39</xref>) equals the functional (<xref rid="j_vmsta104_eq_084">38</xref>) minus <italic>m</italic>.</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_015">
<label>8</label>
<title>Appendix: Proofs</title>
<sec id="j_vmsta104_s_016">
<title>Detailed proofs of Theorems <xref rid="j_vmsta104_stat_008">3.5</xref>–<xref rid="j_vmsta104_stat_010">3.7</xref></title>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_017">
<label>8.1</label>
<title>Bounds for eigenvalues of some matrices used in the proof</title>
<sec id="j_vmsta104_s_018">
<label>8.1.1</label>
<title>Eigenvalues of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_421"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C_{0}^{\top }}{C_{0}^{}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></title>
<p>The <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_422"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times (n+d)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_423"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C_{0}^{\top }}{C_{0}^{}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is symmetric and positive semidefinite. Since <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_424"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C_{0}}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}={A_{0}}{X_{0}}-{B_{0}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_425"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C_{0}^{\top }}{C_{0}^{}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is rank deficient with eigenvalue 0 of multiplicity at least <italic>d</italic>. As <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_426"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_427"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> principal submatrix of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_428"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C_{0}^{\top }}{C_{0}^{}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_086">
<label>(40)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\lambda _{d+1}}\big({C_{0}^{\top }}{C_{0}}\big)\ge {\lambda _{\min }}\big({A_{0}^{\top }}{A_{0}}\big)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
by the Cauchy interlacing theorem (Theorem IV.4.2 from [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_019">19</xref>] used <italic>d</italic> times).</p>
<p>Due to inequality (<xref rid="j_vmsta104_eq_086">40</xref>), if the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_429"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{0}^{\top }}{A_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is nonsingular, then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_430"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{n+1}}({C_{0}^{\top }}{C_{0}})>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, whence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_431"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{rk}({C_{0}^{\top }}{C_{0}})=d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. If the conditions of Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_008">3.5</xref>, <xref rid="j_vmsta104_stat_009">3.6</xref> or <xref rid="j_vmsta104_stat_010">3.7</xref> hold true, then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_432"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{\min }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and thus 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_087">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\lambda _{d+1}}\big({C_{0}^{\top }}{C_{0}}\big)\ge {\lambda _{\min }}\big({A_{0}^{\top }}{A_{0}}\big)>0\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
for <italic>m</italic> large enough. <statement id="j_vmsta104_stat_043"><label>Proposition 8.1.</label>
<p><italic>If conditions</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_009">4</xref>)<italic>–</italic>(<xref rid="j_vmsta104_eq_011">6</xref>) <italic>hold true, and conditions of either of Theorems</italic> <xref rid="j_vmsta104_stat_008"><italic>3.5</italic></xref><italic>,</italic> <xref rid="j_vmsta104_stat_009"><italic>3.6</italic></xref><italic>, or</italic> <xref rid="j_vmsta104_stat_010"><italic>3.7</italic></xref> <italic>hold true, then for m large enough</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_433"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\langle {C}^{\top }C,\varSigma \rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is a definite matrix pencil almost surely. More specifically,</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_088">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>∃</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo>∀</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">P</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \exists {m_{0}}\hspace{0.2778em}\forall m>{m_{0}}:\hspace{0.2778em}\mathbb{P}\big({C}^{\top }C+\varSigma >0\big)=1.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_044"><label>Proof.</label>
<p><italic>1.</italic> If the matrix <italic>Σ</italic> is nonsingular, then Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_043">8.1</xref> is obvious. Due to condition (<xref rid="j_vmsta104_eq_011">6</xref>), <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_434"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{rk}\varSigma \ge d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (see Remark <xref rid="j_vmsta104_stat_002">2.1</xref>), whence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_435"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\varSigma \ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. In what follows, assume that <italic>Σ</italic> is a singular but non-zero matrix. Let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_436"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$F=(\begin{array}{c}{F_{1}}\\{} {F_{2}}\end{array})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be a <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_437"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times (n+d-\operatorname{rk}(\varSigma ))$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix whose columns make the basis of the null-space <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_438"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">Ker</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{Ker}(\varSigma )=\{x:\varSigma x=0\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of the matrix <italic>Σ</italic>.</p>
<p><italic>2.</italic> Now prove that columns of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_439"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$[{I_{n}}\hspace{0.2778em}{X_{0}}]\hspace{0.2222em}F$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are linearly independent. Assume the contrary. Then for some <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_440"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v\in {\mathbb{R}}^{n+d-\operatorname{rk}(\varSigma )}\setminus \{0\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <disp-formula-group id="j_vmsta104_dg_005">
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_089">
<label>(41)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="1em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}[{I_{n}}\hspace{1em}{X_{0}}]\hspace{0.2222em}Fv& =0,\\{} {F_{1}}v& =-{X_{0}}{F_{2}}v,\\{} Fv& =\big(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -{I_{d}}\end{array}\big){F_{2}}v={X_{\mathrm{ext}}^{0}}{F_{2}}v,\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_090">
<label>(42)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}0& =\varSigma Fv=\varSigma {X_{\mathrm{ext}}^{0}}\cdot {F_{2}}v.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</disp-formula-group></p>
<p>Furthermore, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_441"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$Fv\ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> because <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_442"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v\ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the columns of <italic>F</italic> are linearly independent. Hence, by (<xref rid="j_vmsta104_eq_089">41</xref>), <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_443"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${F_{2}}v\ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Equality (<xref rid="j_vmsta104_eq_090">42</xref>) implies that the columns of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_444"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\varSigma {X_{\mathrm{ext}}^{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are linearly dependent, and this contradicts condition (<xref rid="j_vmsta104_eq_011">6</xref>). The contradiction means that columns of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_445"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$[I\hspace{0.2778em}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}]\hspace{0.2222em}F$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are linearly independent.</p>
<p><italic>3.</italic> If the conditions of either Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_008">3.5</xref>, <xref rid="j_vmsta104_stat_009">3.6</xref>, or <xref rid="j_vmsta104_stat_010">3.7</xref> hold true, then the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_446"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{0}^{\top }}{A_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive definite for <italic>m</italic> large enough.</p>
<p><italic>4.</italic> Under conditions (<xref rid="j_vmsta104_eq_009">4</xref>) and (<xref rid="j_vmsta104_eq_010">5</xref>), <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_447"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\tilde{C}F=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> almost surely. Indeed, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_448"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathbb{E}{\tilde{c}_{i}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_449"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">var</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{var}[{\tilde{c}_{i}}F]={F}^{\top }\varSigma F=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_450"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i=1,2,\dots ,m$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p><italic>5.</italic> It remains to prove the implication: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_091">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>and</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>then</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \text{if}\hspace{1em}{A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}}>0\hspace{1em}\text{and}\hspace{1em}\tilde{C}F=0,\hspace{1em}\text{then}\hspace{1em}{C}^{\top }C+\varSigma >0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The matrices <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_451"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C}^{\top }C$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <italic>Σ</italic> are positive semidefinite. Suppose that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_452"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x}^{\top }({C}^{\top }C+\varSigma )x=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and prove that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_453"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Since <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_454"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x}^{\top }({C}^{\top }C+\varSigma )x=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_455"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$Cx=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_456"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\varSigma x=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The vector <italic>x</italic> belongs to the null-space of the matrix <italic>Σ</italic>. Therefore, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_457"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x=Fv$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for some vector <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_458"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v\in {\mathbb{R}}^{n+d-\operatorname{rk}\varSigma }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_092">
<label>(43)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="1em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}0={A_{0}^{\top }}Cx& ={A_{0}}({C_{0}}+\tilde{C})x\\{} & ={A_{0}}{C_{0}}Fv+{A_{0}}\tilde{C}Fv\\{} & ={A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}}\hspace{0.2222em}[{I_{n}}\hspace{1em}{X_{0}}]\hspace{0.2222em}Fv+0.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
As the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_459"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is nonsingular and columns of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_460"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$[{I_{n}}\hspace{0.2778em}{X_{0}}]\hspace{0.2222em}F$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are linearly independent, the columns of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_461"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}}\hspace{0.2222em}[{I_{n}}\hspace{0.2778em}{X_{0}}]\hspace{0.2222em}F$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are linearly independent as well. Hence, (<xref rid="j_vmsta104_eq_092">43</xref>) implies <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_462"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and so <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_463"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x=Fv=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>We have proved that the equality <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_464"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x}^{\top }({C}^{\top }C+\varSigma )x=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> implies <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_465"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Thus, the positive semidefinite matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_466"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C}^{\top }C+\varSigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is nonsingular, and so positive definite.  □</p></statement></p>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_019">
<label>8.1.2</label>
<title>Eigenvalues and common eigenvectors of <italic>N</italic> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_467"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N}^{-\frac{1}{2}}{C_{0}^{\top }}{C_{0}^{}}{N}^{-\frac{1}{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></title>
<p>The rank-deficient positive semidefinite symmetric matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_468"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C_{0}^{\top }}{C_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be factorized as: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_093">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{C_{0}^{\top }}{C_{0}^{}}& =U\operatorname{diag}\big({\lambda _{\min }}\big({C_{0}^{\top }}{C_{0}}\big),{\lambda _{2}}\big({C_{0}^{\top }}{C_{0}}\big),\dots ,{\lambda _{n+d}}\big({C_{0}^{\top }}{C_{0}}\big)\big){U}^{\top }\\{} & =U\operatorname{diag}\big({\lambda _{j}}\big({C_{0}^{\top }}{C_{0}}\big);\hspace{0.2778em}j=1,\dots ,n+d\big){U}^{\top },\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
with an orthogonal matrix <italic>U</italic> and 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_094">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\lambda _{\min }}\big({C_{0}^{\top }}{C_{0}}\big)={\lambda _{2}}\big({C_{0}^{\top }}{C_{0}}\big)=\cdots ={\lambda _{d}}\big({C_{0}^{\top }}{C_{0}}\big)=0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Then the eigendecomposition of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_469"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$N={C_{0}^{\top }}{C_{0}}+{\lambda _{\min }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})I$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_095">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ N=U\operatorname{diag}\big({\lambda _{j}}\big({C_{0}^{\top }}{C_{0}}\big)+{\lambda _{\min }}\big({A_{0}^{\top }}{A_{0}}\big);\hspace{0.2778em}j=1,\dots ,n+d\big){U}^{\top }.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Notice that 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_096">
<label>(44)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\lambda _{\min }}(N)=\cdots ={\lambda _{d}}(N)={\lambda _{\min }}\big({A_{0}^{\top }}{A_{0}}\big).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The matrix <italic>N</italic> is nonsingular as soon as <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_470"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{0}^{\top }}{A_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is nonsingular. Hence, under the conditions of Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_008">3.5</xref>, <xref rid="j_vmsta104_stat_009">3.6</xref>, or <xref rid="j_vmsta104_stat_010">3.7</xref>, the matrix <italic>N</italic> is nonsingular for <italic>m</italic> large enough.</p>
<p>Since <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_471"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C_{0}}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, it holds that 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_097">
<label>(45)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ N{X_{\mathrm{ext}}^{0}}={\lambda _{\min }}\big({A_{0}^{\top }}{A_{0}}\big){X_{\mathrm{ext}}^{0}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>As soon as <italic>N</italic> is nonsingular, the matrices <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_472"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N}^{-1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_473"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N}^{-1/2}{C_{0}^{\top }}{C_{0}}{N}^{-1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> have the eigendecomposition 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_098">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{N}^{-1/2}& =U\operatorname{diag}\bigg(\frac{1}{\sqrt{{\lambda _{j}}({C_{0}^{\top }}{C_{0}})\hspace{0.1667em}+\hspace{0.1667em}{\lambda _{\min }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}};\hspace{0.2778em}j\hspace{0.1667em}=\hspace{0.1667em}1,\dots ,n\hspace{0.1667em}+\hspace{0.1667em}d\bigg){U}^{\top },\\{} {N}^{-1/2}{C_{0}^{\top }}{C_{0}}{N}^{-1/2}& =U\operatorname{diag}\bigg(\frac{{\lambda _{j}}({C_{0}^{\top }}{C_{0}})}{{\lambda _{j}}({C_{0}^{\top }}{C_{0}})+{\lambda _{\min }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})};\hspace{0.2778em}j=1,\dots ,n+d\bigg){U}^{\top }.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Thus, the eigenvalues of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_474"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N}^{-1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_475"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N}^{-1/2}{C_{0}^{\top }}{C_{0}}{N}^{-1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> satisfy the following: <disp-formula-group id="j_vmsta104_dg_006">
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_099">
<label>(46)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\big\| {N}^{-1/2}\big\| ={\lambda _{\max }}\big({N}^{-1/2}\big)& =\frac{1}{\sqrt{{\lambda _{\min }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}};\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_100">
<label>(47)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\lambda _{j}}\big({N}^{-1/2}{C_{0}^{\top }}{C_{0}}{N}^{-1/2}\big)& =0,\hspace{1em}j=1,\dots ,d;\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_101">
<label>(48)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\frac{1}{2}\le {\lambda _{j}}\big({N}^{-1/2}{C_{0}^{\top }}{C_{0}}{N}^{-1/2}\big)& \le 1,\hspace{1em}j=d+1,\dots ,n+d.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</disp-formula-group> As a result, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_102">
<label>(49)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \frac{1}{2}n\le \operatorname{tr}\big({N}^{-1/2}{C_{0}^{\top }}{C_{0}^{}}{N}^{-1/2}\big)\le n.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Because <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_476"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{tr}({C_{0}^{}}{N}^{-1}{C_{0}^{\top }})=\operatorname{tr}({C_{0}^{}}{N}^{-1/2}{N}^{-1/2}{C_{0}^{\top }})=\operatorname{tr}({N}^{-1/2}{C_{0}^{\top }}{C_{0}^{}}{N}^{-1/2})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_103">
<label>(50)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \frac{1}{2}n\le \operatorname{tr}\big({C_{0}}{N}^{-1}{C_{0}^{\top }}\big)\le n.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
These properties will be used in Sections <xref rid="j_vmsta104_s_020">8.2</xref> and <xref rid="j_vmsta104_s_023">8.3</xref>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_020">
<label>8.2</label>
<title>Use of eigenvector perturbation theorems</title>
<sec id="j_vmsta104_s_021">
<label>8.2.1</label>
<title>Univariate regression (<inline-formula id="j_vmsta104_ineq_477"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$d=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>)</title>
<p>Remember inequalities (<xref rid="j_vmsta104_eq_096">44</xref>) (whence (<xref rid="j_vmsta104_eq_104">51</xref>) follows) and (<xref rid="j_vmsta104_eq_097">45</xref>): 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_104">
<label>(51)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{l}\displaystyle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}N{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\ge {\lambda _{\min }}\big({A_{0}^{\top }}{A_{0}}\big){\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}};\\{} \displaystyle N{X_{\mathrm{ext}}^{0}}={\lambda _{\min }}\big({A_{0}^{\top }}{A_{0}}\big){X_{\mathrm{ext}}^{0}}.\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_105">
<label>(52)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">cos</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">cos</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\frac{{({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}{X_{\mathrm{ext}}^{0}})}^{2}}{{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\cdot {X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}}& \ge \frac{{({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}N{X_{\mathrm{ext}}^{0}})}^{2}}{{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}N{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\cdot {X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}N{X_{\mathrm{ext}}^{0}}},\\{} {\cos }^{2}\angle \big({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)& \ge {\cos }^{2}\angle \big({N}^{1/2}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{N}^{1/2}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big),\\{} {\sin }^{2}\angle \big({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)& \le {\sin }^{2}\angle \big({N}^{1/2}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{N}^{1/2}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big).\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Now, apply Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_022">6.5</xref> on the perturbation bound for the minimum-eigenvalue eigenvector. The unperturbed symmetric matrix is <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_478"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N}^{-1/2}{C_{0}^{\top }}{C_{0}}{N}^{-1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, satisfying 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_106">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\lambda _{\min }}\big({N}^{-1/2}{C_{0}^{\top }}{C_{0}}{N}^{-1/2}\big)& =0,\\{} {N}^{-1/2}{C_{0}^{\top }}{C_{0}}{N}^{-1/2}{N}^{1/2}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}& =0,\\{} {\lambda _{2}}\big({N}^{-1/2}{C_{0}^{\top }}{C_{0}}{N}^{-1/2}\big)& \ge \frac{1}{2}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The null-vector of the unperturbed matrix is <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_479"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N}^{-1/2}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>The column vector <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_480"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a generalized eigenvector of the matrix pencil <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_481"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\langle {C}^{\top }C,\varSigma \rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Denote the corresponding eigenvalue by <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_482"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{\min }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Thus, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_107">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {C}^{\top }C{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}={\lambda _{\min }}\cdot \varSigma {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The perturbed matrix is <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_483"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N}^{-1/2}({C}^{\top }C-m\varSigma ){N}^{-1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; the minimum eigenvalue of the matrix pencil <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_484"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\langle {N}^{-1/2}({C}^{\top }C-m\varSigma ){N}^{-1/2},\hspace{0.2778em}{N}^{-1/2}\varSigma {N}^{-1/2}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is equal to <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_485"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{\min }}-m$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and the eigenvector is <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_486"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N}^{1/2}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_108">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {N}^{-1/2}\big({C}^{\top }C-m\varSigma \big){N}^{-1/2}{N}^{1/2}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}=({\lambda _{\min }}-m){N}^{-1/2}\varSigma {N}^{-1/2}{N}^{1/2}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>We have to verify that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_487"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N}^{-1/2}\varSigma {N}^{-1/2}{N}^{1/2}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; this follows from condition (<xref rid="j_vmsta104_eq_011">6</xref>). Obviously, the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_488"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N}^{-1/2}\varSigma {N}^{-1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive semidefinite: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_109">
<label>(53)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {N}^{-1/2}\varSigma {N}^{-1/2}\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Denote 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_110">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \epsilon =\big\| {N}^{-1/2}\big({C}^{\top }C-m\varSigma \big){N}^{-1/2}-{N}^{-1/2}{C_{0}^{\top }}{C_{0}}{N}^{-1/2}\big\| .\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>By Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_022">6.5</xref> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_111">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>·</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\sin }^{2}\angle \big({N}^{1/2}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{N}^{1/2}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)\le \frac{\epsilon }{0.5}\bigg(1+\frac{{X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}N{X_{\mathrm{ext}}^{0}}}{{X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}\varSigma {X_{\mathrm{ext}}^{0}}}\cdot \frac{{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}\varSigma {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}}{{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}N{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}}\bigg).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Use (<xref rid="j_vmsta104_eq_097">45</xref>) and (<xref rid="j_vmsta104_eq_104">51</xref>) again, and also use (<xref rid="j_vmsta104_eq_105">52</xref>): 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_112">
<label>(54)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>·</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\sin }^{2}\angle \big({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)& \le {\sin }^{2}\angle \big({N}^{1/2}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{N}^{1/2}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)\\{} & \le 2\epsilon \bigg(1+\frac{{X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}}{{X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}\varSigma {X_{\mathrm{ext}}^{0}}}\cdot \frac{{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}\varSigma {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}}{{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}}\bigg)\\{} & \le 2\epsilon \bigg(1+\frac{{X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\cdot \| \varSigma \| }{{X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}\varSigma {X_{\mathrm{ext}}^{0}}}\bigg).\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_022">
<label>8.2.2</label>
<title>Multivariate regression (<inline-formula id="j_vmsta104_ineq_489"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$d\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>)</title>
<p>What follows is valid for both univariate (<inline-formula id="j_vmsta104_ineq_490"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$d=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) and multivariate (<inline-formula id="j_vmsta104_ineq_491"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$d>1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) regression.</p>
<p>Due to (<xref rid="j_vmsta104_eq_096">44</xref>), <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_492"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$N\ge {\lambda _{\min }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})I$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in the Loewner order; thus inequality (<xref rid="j_vmsta104_eq_104">51</xref>) holds in the Loewner order. Hence 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_113">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo>∀</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\forall v\in {\mathbb{R}}^{d}\setminus \{0\}:\hspace{0.1667em}& \frac{{v}^{\top }{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}{({X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}{X_{\mathrm{ext}}^{0}})}^{-1}{X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}v}{{v}^{\top }{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}v}\\{} & \hspace{1em}\ge {\lambda _{\min }}\big({A_{0}^{\top }}{A_{0}}\big)\frac{{v}^{\top }{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}{({X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}{X_{\mathrm{ext}}^{0}})}^{-1}{X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}v}{{v}^{\top }{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}N{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}v}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
With inequality (<xref rid="j_vmsta104_eq_097">45</xref>), we get 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_114">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& \frac{{v}^{\top }{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}{({X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}{X_{\mathrm{ext}}^{0}})}^{-1}{X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}v}{{v}^{\top }{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}v}\\{} & \hspace{1em}\ge \frac{{v}^{\top }N{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}{({X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}N{X_{\mathrm{ext}}^{0}})}^{-1}{X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}N{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}v}{{v}^{\top }{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}N{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}v}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Using equation (<xref rid="j_vmsta104_eq_049">24</xref>) to determine the sine and noticing that 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_115">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{P_{{X_{\mathrm{ext}}^{0}}}}& ={X_{\mathrm{ext}}^{0}}{\big({X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)}^{-1}{X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }},\\{} {P_{{N}^{1/2}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}}}& ={N}^{1/2}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}{\big({X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}N{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)}^{-1}{X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}{N}^{1/2},\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
we get 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_116">
<label>(55)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{l}\displaystyle 1-{\big\| \sin \angle \big({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)\big\| }^{2}\ge 1-{\big\| \sin \angle \big({N}^{1/2}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{N}^{1/2}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)\big\| }^{2},\\{} \displaystyle \big\| \sin \angle \big({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)\big\| \le \big\| \sin \angle \big({N}^{1/2}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{N}^{1/2}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)\big\| .\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>The TLS estimator <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_493"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is defined as a solution to the linear equations (<xref rid="j_vmsta104_eq_015">8</xref>) for Δ that brings the minimum to (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>). By Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_038">7.6</xref>, the same Δ brings the minimum to (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>). By Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_042">7.10</xref>, the functions (<xref rid="j_vmsta104_eq_084">38</xref>) and (<xref rid="j_vmsta104_eq_085">39</xref>) attain their minima at the point <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_494"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Therefore, the minimum of the function 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_117">
<label>(56)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">↦</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ M\mapsto {\lambda _{\max }}\big({\big({M}^{\top }{N}^{-1/2}\varSigma {N}^{-1/2}M\big)}^{-1}{M}^{\top }{N}^{-1/2}\big({C}^{\top }C-m\varSigma \big){N}^{-1/2}M\big)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
is attained for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_495"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$M={N}^{1/2}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Now, apply Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_024">6.6</xref> on perturbation bounds for a generalized invariant subspace. The unperturbed matrix (denoted <italic>A</italic> in Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_024">6.6</xref>) is <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_496"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N}^{-1/2}{C_{0}^{\top }}{C_{0}}{N}^{-1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; its nullspace is the column space of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_497"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N}^{1/2}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (which is denoted <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_498"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_024">6.6</xref>). The perturbed matrix (<inline-formula id="j_vmsta104_ineq_499"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$A+\tilde{A}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_024">6.6</xref>) is <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_500"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N}^{-1/2}({C}^{\top }C-m\varSigma ){N}^{-1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The matrix <italic>B</italic> in Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_024">6.6</xref> equals <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_501"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N}^{-1/2}\varSigma {N}^{-1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The norm of the perturbation is denoted <italic>ϵ</italic> (it is <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_502"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \tilde{A}\| $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_024">6.6</xref>). The <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_503"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix which brings the minimum to (<xref rid="j_vmsta104_eq_117">56</xref>) is <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_504"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N}^{1/2}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The other conditions of Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_024">6.6</xref> are (<xref rid="j_vmsta104_eq_100">47</xref>), (<xref rid="j_vmsta104_eq_101">48</xref>), and (<xref rid="j_vmsta104_eq_109">53</xref>). We have 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_118">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& {\big\| \sin \angle \big({N}^{1/2}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{N}^{1/2}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)\big\| }^{2}\\{} & \hspace{1em}\le \frac{\epsilon }{0.5}\big(1+\big\| {N}^{-1/2}\varSigma {N}^{-1/2}\big\| \hspace{0.1667em}{\lambda _{\max }}\big({\big({X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}\varSigma {X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)}^{-1}{X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}N{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)\big).\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Again, with (<xref rid="j_vmsta104_eq_116">55</xref>), (<xref rid="j_vmsta104_eq_097">45</xref>) and (<xref rid="j_vmsta104_eq_099">46</xref>), we have 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_119">
<label>(57)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& {\big\| \sin \angle \big({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)\big\| }^{2}\\{} & \hspace{1em}\le {\big\| \sin \angle \big({N}^{1/2}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{N}^{1/2}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)\big\| }^{2}\\{} & \hspace{1em}\le 2\epsilon \bigg(1+\frac{\| \varSigma \| }{{\lambda _{\min }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}\hspace{0.1667em}{\lambda _{\max }}\big({\lambda _{\min }}\big({A_{0}^{\top }}{A_{0}}\big){\big({X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}\varSigma {X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)}^{-1}{X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)\bigg)\\{} & \hspace{1em}=2\epsilon \big(1+\| \varSigma \| \hspace{0.1667em}{\lambda _{\max }}\big({\big({X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}\varSigma {X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)}^{-1}{X_{\mathrm{ext}}^{0\hspace{0.1667em}\top }}{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)\big).\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
</sec>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_023">
<label>8.3</label>
<title>Proof of the convergence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_505"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\epsilon \to 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></title>
<p>In this section, we prove the convergences 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_120">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">˜</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{M_{1}}& ={N}^{-1/2}{C_{0}^{\top }}\widetilde{C}{N}^{-1/2}\to 0,\\{} {M_{2}}& ={N}^{-1/2}\big({\widetilde{C}}^{\top }\widetilde{C}-m\varSigma \big){N}^{-1/2}\to 0\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
in probability for Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_008">3.5</xref>, and almost surely for Theorems <xref rid="j_vmsta104_stat_009">3.6</xref> and <xref rid="j_vmsta104_stat_010">3.7</xref>. As <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_506"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\epsilon =\| {M_{1}^{}}+{M_{1}^{\top }}+{M_{2}}\| $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the convergences <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_507"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${M_{1}}\to 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_508"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${M_{2}}\to 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> imply <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_509"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\epsilon \to 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. <statement id="j_vmsta104_stat_045"><label>End of the proof of Theorem 3.5.</label>
<p>It holds that 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_121">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\| {M_{1}}{\| _{F}^{2}}& =\big\| {N}^{-1/2}{C_{0}^{\top }}\tilde{C}{N}^{-1/2}{\big\| _{F}^{2}}=\operatorname{tr}\big({N}^{-1/2}{C_{0}^{\top }}\tilde{C}{N}^{-1}{C_{0}}{\tilde{C}}^{\top }{N}^{-1/2}\big)\\{} & =\operatorname{tr}\big({C_{0}^{}}{N}^{-1}{C_{0}^{\top }}\tilde{C}{N}^{-1}{\tilde{C}}^{\top }\big)={\sum \limits_{i=1}^{m}}{\sum \limits_{j=1}^{m}}{c_{i}^{0}}{N}^{-1}{\big({c_{j}^{0}}\big)}^{\top }{\tilde{c}_{j}}{N}^{-1}{\tilde{c}_{i}^{\top }}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The right-hand side can be simplified since <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_510"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathbb{E}{\tilde{c}_{j}}{N}^{-1}{\tilde{c}_{i}^{\top }}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_511"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i\ne j$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_512"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathbb{E}{\tilde{c}_{i}}{N}^{-1}{\tilde{c}_{i}^{\top }}=\operatorname{tr}(\varSigma {N}^{-1})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_122">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \mathbb{E}\| {M_{1}}{\| _{F}^{2}}={\sum \limits_{i=1}^{m}}{c_{0i}}{N}^{-1}{c_{0i}^{\top }}\operatorname{tr}\big(\varSigma {N}^{-1}\big)=\operatorname{tr}\big({C_{0}}{N}^{-1}{C_{0}^{\top }}\big)\operatorname{tr}\big(\varSigma {N}^{-1}\big).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The first multiplier in the right-hand side is bounded due to (<xref rid="j_vmsta104_eq_103">50</xref>) as <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_513"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{tr}({C_{0}}{N}^{-1}{C_{0}^{\top }})\le n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, for <italic>m</italic> large enough. Now, construct an upper bound for the second multiplier: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_123">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\operatorname{tr}\big(\varSigma {N}^{-1}\big)& =\big\| {N}^{-1/2}{\varSigma }^{1/2}{\big\| _{F}^{2}}\le {\big\| {N}^{-1/2}\big\| }^{2}\big\| {\varSigma }^{1/2}{\big\| _{F}^{2}}={\lambda _{\max }}\big({N}^{-1}\big)\operatorname{tr}\varSigma \\{} & =\frac{\operatorname{tr}\varSigma }{{\lambda _{\min }}(N)}=\frac{\operatorname{tr}\varSigma }{{\lambda _{\min }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}})}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Finally, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_124">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \mathbb{E}\| {M_{1}}{\| _{F}^{2}}\le \frac{n\operatorname{tr}\varSigma }{{\lambda _{\min }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>The conditions of Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_008">3.5</xref> imply that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_514"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{\max }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; therefore, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_515"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟶</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mover><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${M_{1}}\stackrel{\mathrm{P}}{\longrightarrow }0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_516"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Now, we prove that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_517"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟶</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mover><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${M_{2}}\stackrel{\mathrm{P}}{\longrightarrow }0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_518"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. We have 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_125">
<label>(58)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{M_{2}}& ={N}^{-1/2}\big({\tilde{C}}^{\top }\tilde{C}-m\varSigma \big){N}^{-1/2},\\{} \| {M_{2}}\| & \le \big\| {N}^{-1/2}\big\| \hspace{0.1667em}\big\| {\tilde{C}}^{\top }\tilde{C}-m\varSigma \big\| \hspace{0.1667em}\big\| {N}^{-1/2}\big\| =\frac{\| {\textstyle\sum _{i=1}^{m}}({\tilde{c}_{i}^{\top }}{\tilde{c}_{i}^{}}-\varSigma )\| }{{\lambda _{\min }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}})}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Now apply the Rosenthal inequality (case <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_519"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$1\le \nu \le 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_026">6.8</xref>) to construct a bound for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_520"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathbb{E}\| {M_{2}}{\| }^{r}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_126">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">const</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \mathbb{E}\| {M_{2}}{\| }^{r}\le \frac{\mathrm{const}{\textstyle\sum _{i=1}^{m}}\mathbb{E}\| {\tilde{c}_{i}^{\top }}{\tilde{c}_{i}^{}}-\varSigma {\| }^{r}}{{\lambda _{\min }^{r}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}})}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
By the conditions of Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_008">3.5</xref>, the sequence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_521"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{\mathbb{E}\| {\tilde{c}_{i}^{\top }}{\tilde{c}_{i}^{}}-\varSigma {\| }^{r},\hspace{2.5pt}i=1,2,\dots \}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is bounded. Hence 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_127">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">O</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>as</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>and</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟶</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mover><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>as</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\mathbb{E}\| {M_{2}}{\| }^{r}& \le \frac{O(m)}{{\lambda _{\min }^{r}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}})}\hspace{1em}\text{as}\hspace{2.5pt}m\to \infty ,\\{} \mathbb{E}\| {M_{2}}{\| }^{r}& \to 0\hspace{1em}\text{and}\hspace{1em}{M_{2}}\stackrel{\mathrm{P}}{\longrightarrow }0\hspace{1em}\text{as}\hspace{2.5pt}m\to \infty .\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
 □</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_046"><label>End of the proof of Theorem 3.6.</label>
<p>
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_128">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {M_{1}}={\sum \limits_{i=1}^{m}}{N}^{-1/2}{c_{0i}^{\top }}{\tilde{c}_{i}}{N}^{-1/2}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>By the Rosenthal inequality (case <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_522"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\nu \ge 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_025">6.7</xref>) 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_129">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">const</mml:mi>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">const</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">(</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\mathbb{E}\| {M_{1}}{\| }^{2r}& \le \mathrm{const}{\sum \limits_{i=1}^{m}}\mathbb{E}{\big\| {N}^{-1/2}{c_{0i}^{\top }}{\tilde{c}_{i}}{N}^{-1/2}\big\| }^{2r}+\\{} & \hspace{1em}+\mathrm{const}{\Bigg({\sum \limits_{i=1}^{m}}\mathbb{E}{\big\| {N}^{-1/2}{c_{0i}^{\top }}{\tilde{c}_{i}}{N}^{-1/2}\big\| }^{2}\Bigg)}^{r}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Construct an upper bound for the first summand: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_130">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">(</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">(</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\sum \limits_{i=1}^{m}}\mathbb{E}{\big\| {N}^{-1/2}{c_{0i}^{\top }}{\tilde{c}_{i}}{N}^{-1/2}\big\| }^{2r}& \le {\sum \limits_{i=1}^{m}}{\big\| {N}^{-1/2}{c_{0i}^{\top }}\big\| }^{2r}\underset{i=1,\dots ,m}{\max }\mathbb{E}\| {\tilde{c}_{i}}{\| }^{2r}{\big\| {N}^{-1/2}\big\| }^{2r},\\{} {\sum \limits_{i=1}^{m}}{\big\| {N}^{-1/2}{c_{0i}^{\top }}\big\| }^{2r}& \le {\Bigg({\sum \limits_{i=1}^{m}}{\big\| {N}^{-1/2}{c_{0i}^{\top }}\big\| }^{2}\Bigg)}^{r}\\{} & ={\Bigg({\sum \limits_{i=1}^{m}}{c_{0i}}{N}^{-1}{c_{0i}^{\top }}\Bigg)}^{r}={\big(\operatorname{tr}\big({C_{0}}{N}^{-1}{C_{0}^{\top }}\big)\big)}^{r}\le {n}^{r}\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
by inequality (<xref rid="j_vmsta104_eq_103">50</xref>). By the conditions of Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_009">3.6</xref>, the sequence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_523"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{\underset{i=1,\dots ,m}{\max }\mathbb{E}\| {\tilde{c}_{i}}{\| }^{2r},\hspace{2.5pt}m=1,2,\dots \}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is bounded. Remember that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_524"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| {N}^{-1/2}\| ={\lambda _{\min }^{-1/2}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Thus,
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_131">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">O</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>as</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\sum \limits_{i=1}^{m}}\mathbb{E}{\big\| {N}^{-1/2}{c_{0i}^{\top }}{\tilde{c}_{i}}{N}^{-1/2}\big\| }^{2r}=\frac{O(1)}{{\lambda _{\min }^{r}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}\hspace{1em}\text{as}\hspace{2.5pt}m\to \infty .\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The asymptotic relation 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_132">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">O</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\sum \limits_{i=1}^{m}}\mathbb{E}{\big\| {N}^{-1/2}{c_{0i}^{\top }}{\tilde{c}_{i}}{N}^{-1/2}\big\| }^{2}=\frac{O(1)}{{\lambda _{\min }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}})}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
can be proved similarly; in order to prove it, we use boundedness of the sequence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_525"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{\underset{i=1,\dots ,m}{\max }\mathbb{E}\| {\tilde{c}_{i}}{\| }^{2},\hspace{2.5pt}m=1,2,\dots \}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Finally, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_133">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">O</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>as</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mtext>.</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \mathbb{E}\| {M_{1}}{\| }^{2r}=\frac{O(1)}{{\lambda _{\min }^{r}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}})}\hspace{1em}\text{as}\hspace{2.5pt}m\to \infty \text{.}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>The conditions of Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_009">3.6</xref> imply that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_526"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sum _{m={m_{0}}}^{\infty }}\mathbb{E}\| {M_{1}}{\| }^{2r}<\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, whence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_527"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${M_{1}}\to 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_528"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, almost surely.</p>
<p>Now, prove that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_529"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${M_{2}}\to 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> almost surely. In order to construct a bound for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_530"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathbb{E}\| {M_{2}}{\| }^{r}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, use the Rosenthal inequality (case <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_531"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\nu \ge 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_025">6.7</xref>) as well as (<xref rid="j_vmsta104_eq_125">58</xref>): 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_134">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">const</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">const</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\mathbb{E}\| {M_{2}}{\| }^{r}& \le \frac{\mathbb{E}\| {\textstyle\sum _{i=1}^{m}}({c_{i}^{\top }}{\tilde{c}_{i}^{}}-\varSigma ){\| }^{r}}{{\lambda _{\min }^{r}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}})}\\{} & \le \frac{\mathrm{const}{\textstyle\sum _{i=1}^{m}}\mathbb{E}\| {\tilde{c}_{i}^{\top }}{\tilde{c}_{i}^{}}-\varSigma {\| }^{r}}{{\lambda _{\min }^{r}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}})}+\frac{\mathrm{const}{({\textstyle\sum _{i=1}^{m}}\mathbb{E}\| {\tilde{c}_{i}^{\top }}{\tilde{c}_{i}^{}}-\varSigma {\| }^{2})}^{r/2}}{{\lambda _{\min }^{r}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}})}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Under the conditions of Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_009">3.6</xref>, the sequences <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_532"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{\mathbb{E}\| {\tilde{c}_{i}^{\top }}{\tilde{c}_{i}^{}}-\varSigma {\| }^{r},\hspace{2.5pt}i=1,2,\dots \}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_533"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{\mathbb{E}\| {\tilde{c}_{i}^{\top }}{\tilde{c}_{i}^{}}-\varSigma {\| }^{2},\hspace{2.5pt}i=1,2,\dots \}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are bounded. Thus, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_135">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">O</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>as</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mtext>;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\mathbb{E}\| {M_{2}}{\| }^{r}& =\frac{O({m}^{r/2})}{{\lambda _{\min }^{r}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}})}\hspace{1em}\text{as}\hspace{2.5pt}m\to \infty \text{;}\\{} {\sum \limits_{m={m_{0}}}^{\infty }}\mathbb{E}\| {M_{2}}{\| }^{r}& <\infty ,\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
whence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_534"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${M_{2}}\to 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_535"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, almost surely.  □</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_047"><label>End of the proof of Theorem 3.7.</label>
<p>The proof of the asymptotic relation 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_136">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">O</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>as</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \mathbb{E}\| {M_{1}}{\| }^{2r}=\frac{O(1)}{{\lambda _{\min }^{r}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}})}\hspace{1em}\text{as}\hspace{2.5pt}m\to \infty \]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
from Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_009">3.6</xref> is still valid. The almost sure convergence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_536"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${M_{1}}\to 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_537"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is proved in the same way as in Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_009">3.6</xref>.</p>
<p>Now, show that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_538"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${M_{2}}\to 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_539"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, almost surely. Under the condition of Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_010">3.7</xref>, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_137">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">O</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \mathbb{E}{\big\| {\tilde{c}_{m}^{\top }}{\tilde{c}_{m}^{}}-\varSigma \big\| }^{r}=O(1),\hspace{2em}{\sum \limits_{m={m_{0}}}^{\infty }}\frac{\mathbb{E}\| {\tilde{c}_{m}^{\top }}{\tilde{c}_{m}^{}}-\varSigma {\| }^{r}}{{\lambda _{\mathrm{min}}^{r}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}})}<\infty ,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_540"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="double-struck" movablelimits="false">E</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathbb{E}{\tilde{c}_{i}^{\top }}{\tilde{c}_{i}^{}}-\varSigma =0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The sequence of nonnegative numbers <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_541"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{{\lambda _{\min }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}}),\hspace{2.5pt}m=1,2,\dots \}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> never decreases and tends to <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_542"><alternatives>
<mml:math><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$+\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then, by the Law of large numbers in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_016">16</xref>, Theorem 6.6, page 209] 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_138">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>as</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mtext>,</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>a.s.,</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \frac{1}{{\lambda _{\mathrm{min}}}({A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}})}{\sum \limits_{i=1}^{m}}\big({\tilde{c}_{i}^{\top }}{\tilde{c}_{i}}-\varSigma \big)\to 0\hspace{1em}\text{as}\hspace{2.5pt}m\to \infty \text{,}\hspace{1em}\text{a.s.,}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
whence, with (<xref rid="j_vmsta104_eq_125">58</xref>), 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_139">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>as</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mtext>,  a.s.;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>as</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>a.s.</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\| {M_{2}}\| & \le \frac{\| {\textstyle\sum _{i=1}^{m}}({\tilde{c}_{i}^{\top }}{\tilde{c}_{i}}-\varSigma )\| }{{\lambda _{\min }}({A_{0}^{\top }}{A_{0}^{}})}\to 0\hspace{1em}\text{as}\hspace{2.5pt}m\to \infty \text{,  a.s.;}\\{} {M_{2}}& \to 0\hspace{1em}\text{as}\hspace{2.5pt}m\to \infty ,\hspace{1em}\text{a.s.}\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
 □</p></statement></p>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_024">
<label>8.4</label>
<title>Proof of the uniqueness theorems</title><statement id="j_vmsta104_stat_048"><label>Proof of Theorem 4.1.</label>
<p>The random events <xref rid="j_vmsta104_li_001">1</xref>, <xref rid="j_vmsta104_li_002">2</xref> and <xref rid="j_vmsta104_li_003">3</xref> are defined in the statement of this theorem on page . The random event <xref rid="j_vmsta104_li_001">1</xref> always occurs. This was proved in Section <xref rid="j_vmsta104_s_005">2.2</xref> where the estimator <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_543"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is defined. In order to prove the rest, we first construct the random event (<xref rid="j_vmsta104_eq_140">59</xref>), which occurs either with high probability or eventually. Then we prove that, whenever (<xref rid="j_vmsta104_eq_140">59</xref>) occurs, there is the existence and “more than uniqueness” in the random event <xref rid="j_vmsta104_li_003">3</xref>, and then prove that the random event <xref rid="j_vmsta104_li_002">2</xref> occurs.</p>
<p>Now, we construct a modified version <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_544"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">mod</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\mathrm{mod}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of the estimator <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_545"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in the following way. If there exist such solutions <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_546"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\Delta ,{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) &amp; (<xref rid="j_vmsta104_eq_015">8</xref>) that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_547"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}})\| \ge {(1+\| {X_{0}}{\| }^{2})}^{-1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_548"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">mod</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\mathrm{mod}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> come from one of such solutions. Otherwise, if for every solution <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_549"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\Delta ,{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) &amp; (<xref rid="j_vmsta104_eq_015">8</xref>) <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_550"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}})\| <{(1+\| {X_{0}}{\| }^{2})}^{-1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_551"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">mod</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\mathrm{mod}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> come from one of these solutions. In any case, let us construct <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_552"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">mod</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\mathrm{mod}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in such a way that it is a random matrix. It is possible; that follows from [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_017">17</xref>].</p>
<p>Thus we construct a matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_553"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">mod</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\mathrm{mod}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that: 
<list>
<list-item id="j_vmsta104_li_011">
<label>1.</label>
<p><inline-formula id="j_vmsta104_ineq_554"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">mod</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\mathrm{mod}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_555"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(d+n)\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> random matrix;</p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta104_li_012">
<label>2.</label>
<p>for some <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_556"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta \in {\mathbb{R}}^{m\times (d+n)}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_557"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">mod</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\Delta ,{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\mathrm{mod}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a solution to (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) &amp; (<xref rid="j_vmsta104_eq_015">8</xref>);</p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta104_li_013">
<label>3.</label>
<p>if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_558"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">mod</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\mathrm{mod}}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}})\| <{(1+\| {X_{0}}{\| }^{2})}^{-1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_559"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}})\| <{(1+\| {X_{0}}{\| }^{2})}^{-1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for any solution <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_560"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\Delta ,{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) &amp; (<xref rid="j_vmsta104_eq_015">8</xref>).</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>From the proof of Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_008">3.5</xref> it follows that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_561"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">mod</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\mathrm{mod}}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}})\| \to 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in probability as <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_562"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. From the proof of Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_009">3.6</xref> or <xref rid="j_vmsta104_stat_010">3.7</xref> it follows that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_563"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">mod</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\mathrm{mod}}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}})\| \to 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> almost surely. Then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_140">
<label>(59)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">mod</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \big\| \sin \angle \big({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\mathrm{mod}}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}}\big)\big\| <\frac{1}{\sqrt{1+\| {X_{0}}{\| }^{2}}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
either with high probability or almost surely.</p>
<p>Whenever the random event (<xref rid="j_vmsta104_eq_140">59</xref>) occurs, for any solution Δ to (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) and the corresponding full-rank solution <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_564"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to (<xref rid="j_vmsta104_eq_015">8</xref>) (which always exists) it holds that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_565"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}})\| <{(1+\| {X_{0}}{\| }^{2})}^{-1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, whence, due to Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_056">8.3</xref>, the bottom <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_566"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$d\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> block of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_567"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is nonsingular. Right-multiplying <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_568"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> by a nonsingular matrix, we can transform it into a form <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_569"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\begin{array}{c}\widehat{X}\\{} -I\end{array})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The constructed matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_570"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a solution to equation (<xref rid="j_vmsta104_eq_017">9</xref>) for given Δ. Thus, we have just proved that if the random event (<xref rid="j_vmsta104_eq_140">59</xref>) occurs, then for any Δ which is a solution to (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>), equation (<xref rid="j_vmsta104_eq_017">9</xref>) has a solution.</p>
<p>Now, prove the uniqueness of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_571"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_572"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({\Delta _{1}},{\widehat{X}_{1}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_573"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({\Delta _{2}},{\widehat{X}_{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be two solutions to (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) &amp; (<xref rid="j_vmsta104_eq_017">9</xref>). Show that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_574"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{1}}={\widehat{X}_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. (If we can for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_575"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{1}}={\Delta _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then the random event <xref rid="j_vmsta104_li_003">3</xref> occurs.) Denote <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_576"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{1}^{\mathrm{ext}}}=(\begin{array}{c}{\widehat{X}_{1}}\\{} -I\end{array})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_577"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{2}^{\mathrm{ext}}}=(\begin{array}{c}{\widehat{X}_{2}}\\{} -I\end{array})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. By Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_041">7.9</xref>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_578"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{1}^{\mathrm{ext}}}\rangle \subset \operatorname{span}\langle {u_{k}},\hspace{0.2778em}{\nu _{k}}\le d\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_579"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{2}^{\mathrm{ext}}}\rangle \subset \operatorname{span}\langle {u_{k}},\hspace{0.2778em}{\nu _{k}}\le d\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_580"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_581"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${u_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are generalized eigenvalues (arranged in ascending order) and respective eigenvectors of the matrix pencil <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_582"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\langle {X}^{\top }X,\hspace{0.1667em}\varSigma \rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Assume by contradiction that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_583"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{1}}\ne {\widehat{X}_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_584"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{rk}[{\widehat{X}_{1}^{\mathrm{ext}}},\hspace{0.2778em}{\widehat{X}_{2}^{\mathrm{ext}}}]\ge d+1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_585"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$[{\widehat{X}_{1}^{\mathrm{ext}}},\hspace{0.2778em}{\widehat{X}_{2}^{\mathrm{ext}}}]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is an <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_586"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times 2d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix constructed of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_587"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{1}^{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_588"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{2}^{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_141">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {d}^{\ast }=\operatorname{rk}\langle {u_{k}},\hspace{0.2778em}{\nu _{k}}\le d\rangle \ge \operatorname{rk}\left[\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{\widehat{X}_{1}^{\mathrm{ext}}},& {\widehat{X}_{2}^{\mathrm{ext}}}\end{array}\right]\ge d+1\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
(which means <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_589"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{d}}={\nu _{d+1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>). Then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_590"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${d_{\ast }}-1<d<{d}^{\ast }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_591"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${d_{\ast }}-1=\dim \operatorname{span}\langle {u_{k}},\hspace{0.2778em}{\nu _{k}}<d\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_592"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$d=\dim \operatorname{span}\langle {X_{\mathrm{ext}}^{0}}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_593"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${d}^{\ast }=\dim \operatorname{span}\langle {u_{k}},\hspace{0.2778em}{\nu _{k}}\le d\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (notation <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_594"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${d_{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_595"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${d}^{\ast }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> comes from the proof of Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_041">7.9</xref>). By Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_020">6.4</xref>, there exists a <italic>d</italic>-dimensional subspace <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_596"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{12}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for which <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_597"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {u_{k}},\hspace{0.1667em}{\nu _{k}}<d\rangle \subset {V_{12}}\subset \operatorname{span}\langle {u_{k}},\hspace{0.1667em}{\nu _{k}}\le d\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_598"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ({V_{12}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}})\| =1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Bind a basis of the <italic>d</italic>-dimensional subspace <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_599"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{12}}\subset {\mathbb{R}}^{(n+d)}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> into the <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_600"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_601"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{3}^{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, so <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_602"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{3}^{\mathrm{ext}}}\rangle ={V_{12}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Again, by Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_041">7.9</xref> for some matrix Δ, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_603"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\Delta ,{\widehat{X}_{3}^{\mathrm{ext}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a solution to (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) &amp; (<xref rid="j_vmsta104_eq_017">9</xref>). Then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_604"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ({\widehat{X}_{3}^{\mathrm{ext}}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}})\| =1\ge {(1+\| {X_{0}}{\| }^{2})}^{-1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_605"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">mod</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\mathrm{mod}}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}})\| \ge {(1+\| {X_{0}}{\| }^{2})}^{-1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, which contradicts (<xref rid="j_vmsta104_eq_140">59</xref>). Thus, the random event <xref rid="j_vmsta104_li_003">3</xref> occurs.</p>
<p>Now prove that the random event <xref rid="j_vmsta104_li_002">2</xref> occurs. Let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_606"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_607"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be two solutions to the optimization problem (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>). Whenever the random event (<xref rid="j_vmsta104_eq_140">59</xref>) occurs, the respective solutions <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_608"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_609"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to equation (<xref rid="j_vmsta104_eq_017">9</xref>) exist. By already proved uniqueness, they are equal, i.e., <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_610"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{1}}={\widehat{X}_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then both <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_611"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_612"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are solutions to the optimization problem 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_142">
<label>(60)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfenced separators="" open="{" close=""><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \left\{\begin{array}{l}\| \Delta \hspace{0.1667em}{({\varSigma }^{1/2})}^{\dagger }{\| _{F}}\to \min ;\hspace{1em}\\{} \Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0;\hspace{1em}\\{} (C-\Delta ){\widehat{X}_{1}^{\mathrm{ext}}}=0\hspace{1em}\end{array}\right.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
for the fixed <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_613"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{1}^{\mathrm{ext}}}=(\begin{array}{c}{\widehat{X}_{1}}\\{} -I\end{array})=(\begin{array}{c}{\widehat{X}_{2}}\\{} -I\end{array})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. By Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_031">7.2</xref> and Remark <xref rid="j_vmsta104_stat_032">7.2-1</xref>, the least element in the optimization problem (<xref rid="j_vmsta104_eq_066">28</xref>) for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_614"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$X={\widehat{X}_{1}^{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is attained for the unique matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_615"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta =C{\widehat{X}_{1}^{\mathrm{ext}}}{({\widehat{X}_{1}^{\mathrm{ext}\hspace{0.1667em}\top }}\varSigma {\widehat{X}_{1}^{\mathrm{ext}}})}^{\dagger }{\widehat{X}_{1}^{\mathrm{ext}\hspace{0.1667em}\top }}\varSigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Since it is attained, it is also attained for both <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_616"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_617"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Hence, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_618"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{1}}={\Delta _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Thus, the random event <xref rid="j_vmsta104_li_002">2</xref> occurs.</p>
<p>We proved that the random event <xref rid="j_vmsta104_li_001">1</xref> always occurs, and the random events <xref rid="j_vmsta104_li_002">2</xref> and <xref rid="j_vmsta104_li_003">3</xref> occur whenever (<xref rid="j_vmsta104_eq_140">59</xref>) occurs, which occurs either with high probability or eventually as desired.  □</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_049"><label><italic>Remark</italic> 8.1.</label>
<p>This uniqueness of the solution Δ to the optimization problem (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) agrees with the uniqueness result in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_006">6</xref>]. The solution is unique if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_619"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{d}}<{\nu _{d+1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_050"><label>Proof of Theorem 4.2.</label>
<p><xref rid="j_vmsta104_li_004">1</xref>. In Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_011">4.1</xref>, the event <xref rid="j_vmsta104_li_001">1</xref> occurs always, not just with high probability or eventually. The solution Δ to (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) exists and also solves (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>) due to Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_038">7.6</xref>. Thus, the first sentence of Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_012">4.2</xref> is true. The second sentence of Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_012">4.2</xref> has been already proved, since the constraints in the optimization problems (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) and (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>) are the same.</p>
<p><xref rid="j_vmsta104_li_005">2</xref> &amp; <xref rid="j_vmsta104_li_006">3</xref>. The proof of consistency of the estimator defined with (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>) &amp; (<xref rid="j_vmsta104_eq_017">9</xref>) and of the existence of the solution is similar to the proof for the estimator defined with (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) &amp; (<xref rid="j_vmsta104_eq_017">9</xref>) in Theorems <xref rid="j_vmsta104_stat_008">3.5</xref>–<xref rid="j_vmsta104_stat_010">3.7</xref> and <xref rid="j_vmsta104_stat_011">4.1</xref>. The only difference is skipping the use of Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_038">7.6</xref>. Notice that we do not prove the uniqueness of the solution because we cannot use Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_041">7.9</xref>.  □</p></statement>
<p><italic>To Remark</italic> <xref rid="j_vmsta104_stat_013"><italic>4.2-1</italic></xref><italic>.</italic> The amended Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_012">4.2</xref> can be proved similarly. In the proof of part <xref rid="j_vmsta104_li_004">1</xref>, read “The solution Δ to (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) … solves (<xref rid="j_vmsta104_eq_021">12</xref>) due to Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_040">7.8</xref>.” In the proof of parts <xref rid="j_vmsta104_li_005">2</xref> and <xref rid="j_vmsta104_li_006">3</xref>, read “The only difference is using Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_040">7.8</xref>, part <xref rid="j_vmsta104_li_010">2</xref> instead of Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_038">7.6</xref>.”</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_025">
<title>Proofs of auxiliary results</title>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_026">
<label>8.5</label>
<title>Proof of lemmas on perturbation bounds for invariant subspaces</title><statement id="j_vmsta104_stat_051"><label>Proof of Lemma 6.5 and Remark 6.5-1.</label>
<p>For the proof of Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_022">6.5</xref> itself, see parts 2 and 3 of the proof below. For the proof of Remark <xref rid="j_vmsta104_stat_023">6.5-1</xref>, see parts 2, 3 and 4 below. Part 1 is a mere discussion of why the conditions of Remark <xref rid="j_vmsta104_stat_023">6.5-1</xref> are more general than ones of Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_022">6.5</xref>.</p>
<p>In the proof, we assume that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_620"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{x:{x}^{\top }Bx>0\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the domain of the function <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_621"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The assumption affects the definition of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_622"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lim _{x\to {x_{\ast }}}}f(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_623"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">inf</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\inf f$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the infimum of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_624"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>over the domain</italic>.</p>
<p><italic>1.</italic> At first, clarify the conditions of Remark <xref rid="j_vmsta104_stat_023">6.5-1</xref>. As it is, the existence of a point <italic>x</italic> such that 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_143">
<label>(61)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim inf</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">inf</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="-0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{\vec{t}\to x}{\liminf }f(\vec{t})=\underset{{\vec{t}}^{\top }\hspace{-0.1667em}B\vec{t}>0}{\inf }f(\vec{t})\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
is assumed in Remark <xref rid="j_vmsta104_stat_023">6.5-1</xref>. Now, prove that, under the preceding condition of Remark <xref rid="j_vmsta104_stat_023">6.5-1</xref>, there exists a vector <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_625"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x\ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> that satisfies (<xref rid="j_vmsta104_eq_143">61</xref>).</p>
<p>The function <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_626"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is homogeneous of degree 0, i.e., 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_144">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mtext>and</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ f(kx)=f(x)\hspace{1em}\text{if}\hspace{2.5pt}k\in \mathbb{R}\setminus \{0\}\hspace{2.5pt}\text{and}\hspace{2.5pt}{x}^{\top }Bx>0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Hence, all values which are attained by <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_627"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> on its domain <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_628"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{x:{x}^{\top }Bx>0\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, are also attained on the bounded set <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_629"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{x:\| x\| =1,\hspace{0.1667em}{x}^{\top }Bx>0\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_145">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ f\big(\big\{x:\| x\| =1,\hspace{0.1667em}{x}^{\top }Bx>0\big\}\big)=f\big(\big\{x:{x}^{\top }Bx>0\big\}\big).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_146">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">inf</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">inf</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{\begin{array}{c}\| x\| =1\\{} {x}^{\top }Bx>0\end{array}}{\inf }f(x)=\underset{{x}^{\top }Bx>0}{\inf }f(x).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Let <italic>F</italic> be a closure of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_630"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{x:\| x\| =1,\hspace{0.1667em}{x}^{\top }Bx>0\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. There is a sequence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_631"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{{x_{k}},k=1,2,\dots \}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_632"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| {x_{k}}\| =1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_633"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{k}^{\top }}B{x_{k}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for all <italic>k</italic>, and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_634"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">inf</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lim _{k\to \infty }}f({x_{k}})={\inf _{{x}^{\top }Bx>0}}f(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Since <italic>F</italic> is a compact set, there exists <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_635"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{\ast }}\in F$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> which is a limit of some subsequence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_636"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{{x_{{k_{i}}}},\hspace{0.2222em}i=1,2,\dots \}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_637"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{{x_{k}},\hspace{0.2222em}k=1,2,\dots \}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then either 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_147">
<label>(62)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim inf</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">inf</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{x\to {x_{\ast }}}{\liminf }f(x)\le \underset{{x}^{\top }Bx>0}{\inf }f(x)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
or, if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_638"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{{k_{i}}}}={x_{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for <italic>i</italic> large enough, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_148">
<label>(63)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">inf</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ f({x_{\ast }})\le \underset{{x}^{\top }Bx>0}{\inf }f(x).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
(In equations (<xref rid="j_vmsta104_eq_147">62</xref>) and (<xref rid="j_vmsta104_eq_148">63</xref>), we assume that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_639"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{x:{x}^{\top }Bx>0\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a domain of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_640"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, so (<xref rid="j_vmsta104_eq_148">63</xref>) implies <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_641"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{\ast }^{\top }}B{x_{\ast }^{}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.) Again, due to the homogeneity, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_642"><alternatives>
<mml:math><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim inf</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\underset{x\to {x_{\ast }}}{\liminf }f(x)\le f({x_{\ast }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_643"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f({x_{\ast }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> makes sense. Hence (<xref rid="j_vmsta104_eq_147">62</xref>) follows from (<xref rid="j_vmsta104_eq_148">63</xref>) and thus holds true either way.</p>
<p>Taking the limit in the relation <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_644"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">inf</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f(x)\ge \inf f$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we obtain the opposite inequality 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_149">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim inf</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">inf</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{x\to {x_{\ast }}}{\liminf }f(x)\ge \underset{{x}^{\top }Bx>0}{\inf }f(x).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Thus, the equality (<xref rid="j_vmsta104_eq_053">25</xref>) holds true for some <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_645"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{\ast }}\in F$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Note that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_646"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| {x_{\ast }}\| =1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, so <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_647"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{\ast }}\ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p><italic>2.</italic> Prove that under the conditions of Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_022">6.5</xref> or Remark <xref rid="j_vmsta104_stat_023">6.5-1</xref> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_150">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfenced separators="" open="[" close=""><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" columnalign="left left"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mtext>either</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mtext>or</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \left[\begin{array}{l@{\hskip10.0pt}l}\text{either}& f({x_{\ast }})\le f(x)\\{} \text{or}& {x_{\ast }^{\top }}(A+\tilde{A}){x_{\ast }}\le 0.\end{array}\right.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Because the matrix <italic>B</italic> is symmetric and positive semidefinite, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_648"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x}^{\top }Bx=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> if and only if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_649"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$Bx=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_650"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x}^{\top }Bx>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> if and only if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_651"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$Bx\ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. As <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_652"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$B{x_{0}}\ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_653"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{0}^{\top }}B{x_{0}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the function <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_654"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is well-defined at <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_655"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Under the conditions of Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_022">6.5</xref> the function <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_656"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is well-defined at <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_657"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and attains its minimum at <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_658"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, so <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_659"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f({x_{\ast }})\le f({x_{0}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Under the conditions of Remark <xref rid="j_vmsta104_stat_023">6.5-1</xref> we consider 3 cases concerning the value of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_660"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{\ast }^{\top }}B{x_{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p><italic>Case 1.</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_661"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{\ast }^{\top }}B{x_{\ast }}<0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. But on the domain of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_662"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> the inequality <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_663"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x}^{\top }Bx>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> holds true. Since <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_664"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a limit point of the domain of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_665"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the inequality <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_666"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{\ast }^{\top }}B{x_{\ast }}\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> holds true, and Case 1 is impossible.</p>
<p><italic>Case 2.</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_667"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{\ast }^{\top }}B{x_{\ast }}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Prove that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_668"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{\ast }^{\top }}(A+\tilde{A}){x_{\ast }}\le 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. On the contrary, let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_669"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{\ast }^{\top }}(A+\tilde{A}){x_{\ast }}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Remember once again that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_670"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x}^{\top }Bx>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> on the domain of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_671"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_151">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{x\to {x_{\ast }}}{\lim }f(x)=\underset{x\to {x_{\ast }}}{\lim }\frac{{x}^{\top }(A+\tilde{A})x}{{x}^{\top }Bx}=+\infty ,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
which cannot be <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_672"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">inf</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\inf f(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The contradiction obtained implies that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_673"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{\ast }^{\top }}(A+\tilde{A}){x_{\ast }}\le 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p><italic>Case 3.</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_674"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{\ast }^{\top }}B{x_{\ast }}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then the function <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_675"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is well-defined at <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_676"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_152">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">inf</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ f({x_{\ast }})=\underset{x\to {x_{\ast }}}{\lim }f(x)=\inf f(x)\le f({x_{0}}).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
So, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_677"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f({x_{\ast }})\le f({x_{0}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in Case 3.</p>
<p><italic>3.</italic> Proof of Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_022">6.5</xref> and proof of Remark <xref rid="j_vmsta104_stat_023">6.5-1</xref> when <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_678"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f({x_{\ast }})\le f({x_{\ast }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_153">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \frac{{x}^{\top }(A+\tilde{A})x}{{x}^{\top }Bx}\le \frac{{x_{0}^{\top }}(A+\tilde{A}){x_{0}}}{{x_{0}^{\top }}B{x_{0}}}\hspace{0.1667em}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
As <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_679"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$A{x_{0}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_154">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {x}^{\top }Ax\le -{x}^{\top }\tilde{A}x+\frac{{x_{0}^{\top }}\tilde{A}{x_{0}}\hspace{0.1667em}{x}^{\top }Bx}{{x_{0}^{\top }}B{x_{0}}}\le \| \tilde{A}\| \bigg(\| x{\| }^{2}+\frac{\| {x_{0}}{\| }^{2}{x}^{\top }Bx}{{x_{0}^{\top }}B{x_{0}}}\bigg).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>With use of eigendecomposition of <italic>A</italic>, the inequality <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_680"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x}^{\top }Ax\ge {\lambda _{2}}(A)\hspace{0.1667em}\| x{\| }^{2}\times {\sin }^{2}\angle (x,{x_{0}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be proved. Hence the desired inequality follows: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_155">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>·</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\lambda _{2}}(A){\sin }^{2}\angle (x,{x_{0}})\le \| \tilde{A}\| \bigg(1+\frac{\| {x_{0}}{\| }^{2}}{{x_{0}^{\top }}B{x_{0}^{}}}\cdot \frac{{x}^{\top }Bx}{\| x{\| }^{2}}\bigg).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p><italic>4.</italic> Proof of Remark <xref rid="j_vmsta104_stat_023">6.5-1</xref> when <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_681"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{\ast }^{\top }}(A+\tilde{A}){x_{\ast }}\le 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_156">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{x}^{\top }Ax& \le -{x}^{\top }\tilde{A}x,\\{} {\lambda _{2}}(A)\| x{\| }^{2}{\sin }^{2}\angle (x,{x_{0}})& \le \| \tilde{A}\| \hspace{0.1667em}\| x{\| }^{2},\\{} {\lambda _{2}}(A){\sin }^{2}\angle (x,{x_{0}})& \le \| \tilde{A}\| ,\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
whence the desired inequality follows.  □</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_052"><label>Notation.</label>
<p>If <italic>A</italic> and <italic>B</italic> are symmetric matrices of the same size, and furthermore the matrix <italic>B</italic> is positive definite, denote 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_157">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \max \frac{A}{B}={\lambda _{\max }}\big({B}^{-1}A\big).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The notation is used in the proof of Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_024">6.6</xref>.</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_053"><label>Lemma 8.2.</label>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_682"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$1\le {d_{1}}\le n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_683"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$0\le {d_{2}}\le n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_684"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$X\in {\mathbb{R}}^{n\times {d_{1}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be a matrix of full rank, and V be a</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_685"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${d_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>-dimensional subspace in</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_686"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathbb{R}}^{n}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. Then</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_158">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext mathvariant="italic">if</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext mathvariant="italic">if</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\max \frac{{X}^{\top }(I-{P_{V}})X}{{X}^{\top }X}& ={\big\| \sin \angle (X,V)\big\| }^{2}\hspace{1em}\textit{if}\hspace{1em}{d_{1}}\le {d_{2}},\\{} \max \frac{{X}^{\top }(I-{P_{V}})X}{{X}^{\top }X}& =1\hspace{1em}\textit{if}\hspace{1em}{d_{1}}>{d_{2}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_054"><label>Proof.</label>
<p>Using the min-max theorem, the relation <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_687"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle X\rangle =\operatorname{span}\langle {P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and simple properties of orthogonal projectors, construct the inequality 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_159">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& \max \frac{{X}^{\top }(I-{P_{V}})X}{{X}^{\top }X}\\{} & \hspace{1em}=\underset{v\in {\mathbb{R}}^{{d_{1}}}\setminus \{0\}}{\max }\frac{{v}^{\top }{X}^{\top }(I-{P_{V}})Xv}{{v}^{\top }{X}^{\top }Xv}\\{} & \hspace{1em}=\underset{w\in \operatorname{span}\langle X\rangle \setminus \{0\}}{\max }\frac{{w}^{\top }(I-{P_{V}})w}{{w}^{\top }w}=\underset{v\in {\mathbb{R}}^{n}\setminus \{0\}}{\max }\frac{{v}^{\top }{P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}(I-{P_{V}}){P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}v}{{v}^{\top }{P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}{P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}v}\\{} & \hspace{1em}\ge \underset{v\in {\mathbb{R}}^{n}\setminus \{0\}}{\max }\frac{{v}^{\top }{P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}(I-{P_{V}}){P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}v}{{v}^{\top }v}={\lambda _{\max }}\big({P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}(I-{P_{V}}){P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}\big)\\{} & \hspace{1em}={\lambda _{\max }}\big({P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}(I-{P_{V}})(I-{P_{V}}){P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}\big)={\big\| {P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}(I-{P_{V}})\big\| }^{2}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
On the other hand, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_160">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\underset{w\in \operatorname{span}\langle X\rangle \setminus \{0\}}{\max }\frac{{w}^{\top }(I-{P_{V}})w}{{w}^{\top }w}& =\underset{w\in \operatorname{span}\langle X\rangle \setminus \{0\}}{\max }\frac{{w}^{\top }{P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}(I-{P_{V}}){P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}w}{{w}^{\top }w}\\{} & \le \underset{v\in {\mathbb{R}}^{n}\setminus \{0\}}{\max }\frac{{v}^{\top }{P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}(I-{P_{V}}){P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}v}{{v}^{\top }v}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Thus, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_161">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \max \frac{{X}^{\top }(I-{P_{V}})X}{{X}^{\top }X}={\big\| {P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}(I-{P_{V}})\big\| }^{2}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
If <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_688"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${d_{1}}\le {d_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_689"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| {P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}(I-{P_{V}})\| =\| \sin \angle (X,V)\| $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> due to (<xref rid="j_vmsta104_eq_046">23</xref>). Otherwise, if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_690"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${d_{1}}>{d_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_162">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \dim \operatorname{span}\langle X\rangle +\dim {V}^{\perp }=\operatorname{rk}X+n-\dim V={d_{1}}+n-{d_{2}}>n.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Hence the subspaces <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_691"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle X\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_692"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V}^{\perp }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> have nontrivial intersection, i.e., there exists <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_693"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$w\ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_694"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>∩</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$w\in \operatorname{span}\langle X\rangle \cap {V}^{\perp }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_695"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}(I-{P_{V}})w=w$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, whence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_696"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| {P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}(I-{P_{V}})\| \ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. On the other hand, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_697"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| {P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}(I-{P_{V}})\| \le \| {P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}\| \times \| (I-{P_{V}})\| \le 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Thus, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_698"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| {P_{\operatorname{span}\langle X\rangle }}(I-{P_{V}})\| =1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. This completes the proof.  □</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_055"><label>Proof of Lemma 6.6.</label>
<p>The matrix <italic>B</italic> is positive semidefinite, the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_699"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}^{\top }}B{X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive definite, and the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_700"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is of full rank <italic>d</italic> (hence, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_701"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\ge d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>). The matrix <italic>A</italic> satisfies inequality <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_702"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$A\ge {\lambda _{d+1}}(A)(I-{P_{\operatorname{span}\langle {X_{0}}\rangle }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in the Loewner order.</p>
<p>Let <italic>X</italic> be a point where the functional <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_703"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> defined in (<xref rid="j_vmsta104_eq_054">26</xref>) attains its minimum. Since <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_704"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}^{\top }}B{X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive definite, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_705"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f({X_{0}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> makes sense. Thus, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_706"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f(X)\le f({X_{0}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_163">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \max \frac{{X}^{\top }(A+\tilde{A})X}{{X}^{\top }BX}\le \max \frac{{X_{0}^{\top }}(A+\tilde{A}){X_{0}}}{{X_{0}^{\top }}B{X_{0}^{}}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Using the relations 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_164">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{X}^{\top }\tilde{A}X& \ge -\| \tilde{A}\| \hspace{0.1667em}{X}^{\top }X,\hspace{2em}{X_{0}^{\top }}\tilde{A}{X_{0}}\le \| \tilde{A}\| \hspace{0.1667em}{X_{0}^{\top }}{X_{0}},\\{} {X}^{\top }BX& \le \| B\| \hspace{0.1667em}{X}^{\top }X,\hspace{2em}A{X_{0}}=0,\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
we have 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_165">
<label>(64)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">(</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\max \frac{{X}^{\top }AX-\| \tilde{A}\| {X}^{\top }X}{\| B\| \hspace{0.1667em}{X}^{\top }X}& \le \max \frac{\| \tilde{A}\| \hspace{0.1667em}{X_{0}^{\top }}{X_{0}^{}}}{{X_{0}^{\top }}B{X_{0}^{}}},\\{} \frac{1}{\| B\| }\cdot \bigg(\max \frac{{X}^{\top }AX}{{X}^{\top }X}-\| \tilde{A}\| \bigg)& \le \| \tilde{A}\| \max \frac{{X_{0}^{\top }}{X_{0}^{}}}{{X_{0}^{\top }}B{X_{0}^{}}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Since <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_707"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$A\ge {\lambda _{d+1}}(A)(I-{P_{\operatorname{span}\langle {X_{0}}\rangle }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, by Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_053">8.2</xref> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_166">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\lambda _{d+1}}(A)\hspace{0.1667em}{\big\| \sin \angle (X,{X_{0}})\big\| }^{2}\le {\lambda _{d+1}}(A)\max \frac{{X}^{\top }(I-{P_{\operatorname{span}\langle {X_{0}}\rangle }})}{{X}^{\top }X}\le \max \frac{{X}^{\top }AX}{{X}^{\top }X}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Then the desired inequality follows from (<xref rid="j_vmsta104_eq_165">64</xref>): 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_167">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\big\| \sin \angle (X,{X_{0}})\big\| }^{2}\le \frac{\| \tilde{A}\| }{{\lambda _{d+1}}(A)}\bigg(1+\| B\| \max \frac{{X_{0}^{\top }}{X_{0}^{}}}{{X_{0}^{\top }}B{X_{0}^{}}}\bigg).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
 □</p></statement>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_027">
<label>8.6</label>
<title>Comparison of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_708"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}},{X_{\mathrm{ext}}^{0}})\| $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_709"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \widehat{X}-{X_{0}}\| $]]></tex-math></alternatives></inline-formula></title>
<p>In the next theorem and in its proof, matrices <italic>A</italic>, <italic>B</italic> and <italic>Σ</italic> have different meaning than elsewhere in the paper. <statement id="j_vmsta104_stat_056"><label>Theorem 8.3.</label>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_710"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\begin{array}{c}A\\{} B\end{array})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_711"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be full-rank</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_712"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>matrices. If</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_168">
<label>(65)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfenced separators="" open="‖" close="‖"><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \left\| \sin \angle \left(\left(\begin{array}{c}A\\{} B\end{array}\right),\hspace{0.2222em}\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)\right)\right\| <\frac{1}{\sqrt{1+\| {X_{0}}{\| }^{2}}},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>then:</italic> 
<list>
<list-item id="j_vmsta104_li_014">
<label>1)</label>
<p><italic>the matrix B is nonsingular;</italic></p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta104_li_015">
<label>2)</label>
<p><inline-formula id="j_vmsta104_ineq_713"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| A{B}^{-1}+{X_{0}}\| \le \frac{(1+\| {X_{0}}{\| }^{2})\hspace{0.2222em}(\| {X_{0}}\| {s}^{2}+s\sqrt{1-{s}^{2}})}{1-(1+\| {X_{0}}{\| }^{2})\hspace{0.2222em}{s}^{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>with</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_714"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$s=\| \sin \angle ((\begin{array}{c}A\\{} B\end{array}),\hspace{0.2222em}(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}))\| $]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>.</italic></p>
</list-item>
</list>
</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_057"><label>Proof.</label>
<p><italic>1.</italic> Split the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_715"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${P_{\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)}^{\perp }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, which is an orthogonal projector along the column space of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_716"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, into four blocks: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_169">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ I-{P_{\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)}}={P_{\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)}^{\perp }}=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{\mathbf{P}_{1}}& {\mathbf{P}_{2}}\\{} {\mathbf{P}_{2}^{\top }}& {\mathbf{P}_{4}}\end{array}\right).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Up to the end of the proof, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_717"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathbf{P}_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> means the upper-left <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_718"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> block of the <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_719"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+p)\times (n+p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_720"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${P_{\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)}^{\perp }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Prove that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_721"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{\min }}({\mathbf{P}_{1}})=\frac{1}{1+\| {X_{0}}{\| }^{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_722"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}}=U\varSigma {V}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be a singular value decomposition of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_723"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (here <italic>Σ</italic> is a diagonal <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_724"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix, <italic>U</italic> and <italic>V</italic> are orthogonal matrices). Then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_170">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mspace width="-0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mspace width="-0.1667em"/><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{P_{\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)}^{\perp }}& =I-\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right){\left({\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)}^{\hspace{-0.1667em}\top }\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)\right)}^{\hspace{-0.1667em}-1}\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)\\{} & =\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}U(I-\varSigma {({\varSigma }^{\top }\varSigma +1)}^{-1}{\varSigma }^{\top }){U}^{\top }& U\varSigma {({\varSigma }^{\top }\varSigma +I)}^{-1}{V}^{\top }\\{} V{({\varSigma }^{\top }\varSigma +I)}^{-1}{\varSigma }^{\top }{U}^{\top }& V(I-{({\varSigma }^{\top }\varSigma +I)}^{-1}){V}^{\top }\end{array}\right).\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>The <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_725"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_726"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$I-\varSigma {({\varSigma }^{\top }\varSigma +I)}^{-1}{\varSigma }^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is diagonal; its diagonal entries are <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_727"><alternatives>
<mml:math><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\frac{1}{1+{\sigma _{i}^{2}}({X_{0}})}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>,  <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_728"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i=1,\dots ,n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where</p>
<p>
<table-wrap id="j_vmsta104_tab_001">
<table>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula id="j_vmsta104_ineq_729"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sigma _{i}}({X_{0}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the <italic>i</italic>-th singular value of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_730"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_731"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$1\le i\le \min (n,d)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>,</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula id="j_vmsta104_ineq_732"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sigma _{i}}({X_{0}})=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_733"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\min (n,d)<i\le n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</p>
<p>Those diagonal entries comprise all the eigenvalues of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_734"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathbf{P}_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_171">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\lambda _{\min }}({\mathbf{P}_{1}})=\frac{1}{1+{\sigma _{\mathrm{max}}^{2}}(\| {X_{0}}\| )}=\frac{1}{1+\| {X_{0}}{\| }^{2}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p><italic>2.</italic> Due to equation (<xref rid="j_vmsta104_eq_046">23</xref>), the square of the largest of sines of canonical eigenvalues between the subspaces <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_735"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_736"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is equal to 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_172">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\big\| \sin \angle ({V_{1}},{V_{2}})\big\| }^{2}=\underset{v\in {V_{1}}\setminus \{0\}}{\max }\frac{{v}^{\top }{P_{{V_{2}}}^{\perp }}v}{\| v{\| }^{2}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Hence for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_737"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v\in {V_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_738"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v\ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_173">
<label>(66)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\big\| \sin \angle ({V_{1}},{V_{2}})\big\| }^{2}\ge \frac{{v}^{\top }{P_{{V_{2}}}^{\perp }}v}{\| v{\| }^{2}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p><italic>3.</italic> Prove the first statement of Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_056">8.3</xref> by contradiction. Suppose that the matrix <italic>B</italic> is singular. Then there exist <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_739"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f\in {\mathbb{R}}^{d}\setminus \{0\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_740"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$u=Af\in {\mathbb{R}}^{n}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_741"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$Bf=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_174">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \left(\begin{array}{c}u\\{} {0_{d\times 1}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}Af\\{} Bf\end{array}\right)\in {V_{1}},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_742"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{1}}\subset {\mathbb{R}}^{n+d}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the column space of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_743"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\begin{array}{c}A\\{} B\end{array})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Asthe columns of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_744"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\begin{array}{c}A\\{} B\end{array})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are linearly independent, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_745"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\begin{array}{c}u\\{} 0\end{array})\ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then, by (<xref rid="j_vmsta104_eq_173">66</xref>), 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_175">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="‖" close="‖"><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\left\| \sin \angle \left(\left(\begin{array}{c}A\\{} B\end{array}\right),\hspace{0.2222em}\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)\right)\right\| }^{2}& \ge \frac{{\left(\begin{array}{c}u\\{} 0\end{array}\right)}^{\top }{P_{\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)}^{\perp }}\left(\begin{array}{c}u\\{} 0\end{array}\right)}{\| (\begin{array}{c}u\\{} 0\end{array}){\| }^{2}}=\frac{{u}^{\top }{\mathbf{P}_{1}}u}{\| u{\| }^{2}}\ge \\{} & \ge {\lambda _{\min }}({\mathbf{P}_{1}})=\frac{1}{1+\| {X_{0}}{\| }^{2}},\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
which contradicts condition (<xref rid="j_vmsta104_eq_168">65</xref>).</p>
<p><italic>4.</italic> Prove inequality (<xref rid="j_vmsta104_eq_179">67</xref>). (Later on we will show that the second statement of Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_056">8.3</xref> follows from (<xref rid="j_vmsta104_eq_179">67</xref>)). There exists such a vector <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_746"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f\in {\mathbb{R}}^{d}\setminus \{0\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_747"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| (A{B}^{-1}+{X_{0}})\hspace{0.2222em}f\| =\| A{B}^{-1}+{X_{0}}\| \hspace{0.2222em}\| f\| $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Denote 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_176">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>−</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}u& =\big(A{B}^{-1}+{X_{0}}\big)f,\\{} z& =\left(\begin{array}{c}A\\{} B\end{array}\right){B}^{-1}f=\left(\begin{array}{c}A{B}^{-1}f\\{} f\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}u\\{} 0\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)f\in {V_{1}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Since <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_748"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({X_{0}^{\top }},-I){P_{\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)}^{\perp }}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_749"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${P_{\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)}^{\perp }}(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array})=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_177">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>−</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mspace width="-0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>−</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mspace width="-0.1667em"/><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{z}^{\top }{P_{\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)}^{\perp }}z& ={\left(\left(\begin{array}{c}u\\{} 0\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)f\right)}^{\hspace{-0.1667em}\top }{P_{\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)}^{\perp }}\left(\left(\begin{array}{c}u\\{} 0\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)f\right)\\{} & ={\left(\begin{array}{c}u\\{} 0\end{array}\right)}^{\hspace{-0.1667em}\top }{P_{\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)}^{\perp }}\left(\begin{array}{c}u\\{} 0\end{array}\right)={u}^{\top }{\mathbf{P}_{1}}u\\{} & \ge \| u{\| }^{2}{\lambda _{\min }}({\mathbf{P}_{1}})=\frac{\| A{B}^{-1}+{X_{0}}{\| }^{2}\hspace{0.2222em}\| f{\| }^{2}}{1+\| {X_{0}}{\| }^{2}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Notice that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_750"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$z\ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> because <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_751"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${B}^{-1}f\ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the columns of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_752"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\begin{array}{c}A\\{} B\end{array})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are linearly independent. Thus, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_178">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ 0<\| z{\| }^{2}={\big\| A{B}^{-1}f\big\| }^{2}+\big\| {f}^{2}\big\| \le \big(1+{\big\| A{B}^{-1}\big\| }^{2}\big)\hspace{0.1667em}\| f{\| }^{2}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
By (<xref rid="j_vmsta104_eq_173">66</xref>), 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_179">
<label>(67)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="‖" close="‖"><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊥</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mfenced separators="" open="‖" close="‖"><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\left\| \sin \angle \left(\left(\begin{array}{c}A\\{} B\end{array}\right),\hspace{0.1667em}\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)\right)\right\| }^{2}& \ge \frac{{z}^{\top }{P_{(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array})}^{\perp }}z}{\| z{\| }^{2}}\ge \frac{\| A{B}^{-1}+{X_{0}}{\| }^{2}}{(1+\| {X_{0}}{\| }^{2})\hspace{0.1667em}(1+\| A{B}^{-1}{\| }^{2})},\\{} \left\| \sin \angle \left(\left(\begin{array}{c}A\\{} B\end{array}\right),\hspace{0.1667em}\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)\right)\right\| & \ge \frac{\| A{B}^{-1}+{X_{0}}\| }{\sqrt{1+\| {X_{0}}{\| }^{2}}\hspace{0.1667em}\sqrt{1+{(\| {X_{0}}\| +\| A{B}^{-1}+{X_{0}}\| )}^{2}}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p><italic>5.</italic> Prove that the second statement of Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_056">8.3</xref> follows from (<xref rid="j_vmsta104_eq_179">67</xref>). The function 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_180">
<label>(68)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ s(\delta ):=\frac{\delta }{\sqrt{1+\| {X_{0}}{\| }^{2}}\hspace{0.1667em}\sqrt{1+{(\| {X_{0}}\| +\delta )}^{2}}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
is strictly increasing on <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_753"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$[0,+\infty )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, with <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_754"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$s(0)=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_755"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lim _{\delta \to +\infty }}s(\delta )=\frac{1}{\sqrt{1+\| {X_{0}}{\| }^{2}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Therefore, inequality (<xref rid="j_vmsta104_eq_179">67</xref>) implies the implication: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_181">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mtext>then</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mfenced separators="" open="‖" close="‖"><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>.</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\text{if}\hspace{2.5pt}\big\| A{B}^{-1}+{X_{0}}\big\| & >\delta ,\\{} \text{then}\hspace{2.5pt}\left\| \sin \angle \left(\left(\begin{array}{c}A\\{} B\end{array}\right),\hspace{0.1667em}\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)\right)\right\| & >\frac{\delta }{\sqrt{1+\| {X_{0}}{\| }^{2}}\hspace{0.1667em}\sqrt{1+{(\| {X_{0}}\| +\delta )}^{2}}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The equivalent contrapositive implication is as follows: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_182">
<label>(69)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mfenced separators="" open="‖" close="‖"><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mtext>then</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>.</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\text{if}\hspace{2.5pt}\left\| \sin \angle \left(\left(\begin{array}{c}A\\{} B\end{array}\right),\hspace{0.1667em}\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)\right)\right\| & \le \frac{\delta }{\sqrt{1+\| {X_{0}}{\| }^{2}}\hspace{0.1667em}\sqrt{1+{(\| {X_{0}}\| +\delta )}^{2}}},\\{} \text{then}\hspace{2.5pt}\big\| A{B}^{-1}+{X_{0}}\big\| & \le \delta .\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The inverse function to <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_756"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$s(\delta )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in (<xref rid="j_vmsta104_eq_180">68</xref>) is 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_183">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \delta (s):=\frac{(1+\| {X_{0}}{\| }^{2})\hspace{0.2222em}({s}^{2}\hspace{0.1667em}\| {X_{0}}\| +s\sqrt{1-{s}^{2}})}{1-(1+\| {X_{0}}{\| }^{2}){s}^{2}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Substitute <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_757"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mpadded width="0pt"><mml:mphantom><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mphantom></mml:mpadded><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\delta =\delta (\| \sin \angle ((\begin{array}{c}A\\{} B\end{array}\phantom{smallxxmat}),(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}))\| )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> into (<xref rid="j_vmsta104_eq_182">69</xref>) and obtain the following statement: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_184">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mfenced separators="" open="‖" close="‖"><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="‖" close="‖"><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mtext>then</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mpadded width="0pt"><mml:mphantom><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mphantom></mml:mpadded><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mi>,</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\text{if}\hspace{2.5pt}\left\| \sin \angle \left(\left(\begin{array}{c}A\\{} B\end{array}\right)\hspace{0.1667em}\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)\right)\right\| & \le \left\| \sin \angle \left(\left(\begin{array}{c}A\\{} B\end{array}\right),\left(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}\right)\right)\right\| ,\\{} \text{then}\hspace{2.5pt}\big\| A{B}^{-1}+{X_{0}}\big\| & \le \delta \big(\big\| \sin \angle \big((\begin{array}{c}{A_{}}\\{} B\end{array}\phantom{smallxxmat}),(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array})\big)\big\| \big),\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
whence the second statement of Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_056">8.3</xref> follows.</p>
<p>In part 5 of the proof, condition (<xref rid="j_vmsta104_eq_168">65</xref>) is used twice. First, it is one of conditions of the first statement of the theorem: without it, the matrix <italic>B</italic> might be singular. Second, the function <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_758"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\delta (s)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is defined on interval <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_759"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$[0,\frac{1}{\sqrt{1+\| {X_{0}}{\| }^{2}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.  □</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_058"><label>Corollary.</label>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_760"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be an</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_761"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>matrix, and let</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_762"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="10.0pt"/><mml:mpadded width="0pt"><mml:mphantom><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mphantom></mml:mpadded><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{(\begin{array}{c}{A_{m}}\\{} {B_{m}}\end{array}),\hspace{10.0pt}\phantom{\begin{array}{c}{A_{m}}\\{} {B_{m}}\end{array}}m=1,2,\dots \}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be a sequence of</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_763"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>matrices of rank d. If</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_764"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">sin</mml:mo><mml:mi>∠</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| \sin \angle ((\begin{array}{c}{A_{m}}\\{} {B_{m}}\end{array}),\hspace{0.1667em}(\begin{array}{c}{X_{0}}\\{} -I\end{array}))\| \to 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>as</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_765"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, then:</italic> 
<list>
<list-item id="j_vmsta104_li_016">
<label>1)</label>
<p><italic>the matrix</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_766"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${B_{m}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is nonsingular for m large enough,</italic></p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta104_li_017">
<label>2)</label>
<p><inline-formula id="j_vmsta104_ineq_767"><alternatives>
<mml:math><mml:mo>−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$-{A_{m}^{}}{B_{m}^{-1}}\to {X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>as</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_768"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>.</italic></p>
</list-item>
</list>
</p></statement></p>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_028">
<label>8.7</label>
<title>Generalized eigenvalue problem for positive semidefinite matrices: proofs</title><statement id="j_vmsta104_stat_059"><label>Proof of Lemma 7.1.</label>
<p>For fixed <italic>i</italic>, split the matrix <italic>T</italic> in two blocks. Let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_769"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$T=[{T_{i1}},{T_{i2}}]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_770"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{i1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the matrix constructed of the first <italic>i</italic> columns of <italic>T</italic>, and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_771"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{i2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the matrix constructed of the last <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_772"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n-i+1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> columns of <italic>T</italic>. Denote <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_773"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_774"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> the column spaces of the matrices <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_775"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{i1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_776"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{i2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, respectively. Then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_777"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\dim {V_{1}}=i$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_778"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\dim {V_{2}}=n-i+1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p><italic>1. The proof of the fact that</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_779"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">“</mml:mtext><mml:mo>∃</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext mathvariant="italic">”</mml:mtext><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}\in \{\lambda \ge 0|\textit{``}\exists V,\hspace{2.5pt}\dim V=i:(A-\lambda B){|_{V}}\le 0\textit{''}\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>if</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_780"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}<\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. In other words, if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_781"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}<\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then relations 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_185">
<label>(70)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \lambda \ge 0,\hspace{2em}\dim (V)=i,\hspace{2em}(A-\lambda B){|_{V}}\le 0\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
hold true for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_782"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\lambda ={\nu _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_783"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$V={V_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>If <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_784"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v\in {V_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_785"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v={T_{i1}}x$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for some <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_786"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x\in {\mathbb{R}}^{i}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Hence 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_186">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{v}^{\top }(A-{\nu _{i}}B)v& ={x}^{\top }{T_{i1}^{\top }}(A-{\nu _{i}}B){T_{i1}^{}}x\\{} & ={x}^{\top }\operatorname{diag}({\lambda _{1}}-{\nu _{i}}{\mu _{1}},\hspace{0.1667em}\dots ,\hspace{0.1667em}{\lambda _{i}}-{\nu _{i}}{\mu _{1}})x={\sum \limits_{j=1}^{i}}{x_{j}^{2}}({\lambda _{j}}-{\nu _{i}}{\mu _{j}}).\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The inequality <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_787"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{j}}-{\nu _{i}}{\mu _{j}}\le 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> holds true for all <italic>j</italic> such that either <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_788"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{j}}={\mu _{j}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_789"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{j}}/{\mu _{j}}\le {\nu _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; particularly, it holds true for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_790"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$j=1,\dots ,i$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Hence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_791"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${v}^{\top }(A-{\nu _{i}}B)v\le 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p><italic>2. The proof of the fact that</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_792"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is a lower bound of the set</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_793"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">“</mml:mtext><mml:mo>∃</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext mathvariant="italic">”</mml:mtext><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{\lambda \ge 0|\textit{``}\exists V,\hspace{2.5pt}\dim V=i:(A-\lambda B){|_{V}}\le 0\textit{''}\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. In other words, if there exists a subspace <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_794"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$V\subset {\mathbb{R}}^{n}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that the relations (<xref rid="j_vmsta104_eq_185">70</xref>) hold true, then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_795"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}\le \lambda $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>By contradiction, suppose that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_796"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\dim V=i$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_797"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(A-\lambda B){|_{V}}\le 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_798"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}>\lambda \ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_799"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Now prove that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_800"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(A-\lambda B){|_{{V_{2}}}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. If <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_801"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v\in {V_{2}}\setminus \{0\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_802"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v={T_{i2}}x$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for some <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_803"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x\in {\mathbb{R}}^{n-i+1}\setminus \{0\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_187">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {v}^{\top }(A-\lambda B)v={\sum \limits_{j=i}^{n}}{x_{j+1-i}^{2}}({\lambda _{j}}-\lambda {\mu _{j}}).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
For <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_804"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$j\ge i$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, due to the inequality <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_805"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{j}}\ge {\nu _{i}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the conditions of the lemma, the case <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_806"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{j}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is impossible; thus <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_807"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{j}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Prove the inequality <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_808"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{j}}-\lambda {\mu _{j}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. If <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_809"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mu _{j}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_810"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{j}}-\lambda {\mu _{j}}=({\nu _{j}}-\lambda ){\mu _{j}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Since <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_811"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{j}}\ge {\nu _{i}}>\lambda $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the first factor <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_812"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}-\lambda $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a positive number. Hence, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_813"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{j}}-\lambda {\mu _{j}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Otherwise, if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_814"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mu _{j}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_815"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{j}}-\lambda {\mu _{j}}={\lambda _{j}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Thus the inequality <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_816"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{j}}-\lambda {\mu _{j}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> holds true in both cases. Hence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_817"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${v}^{\top }(A-\lambda B)v>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Since this holds for all <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_818"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∖</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v\in {V_{2}}\setminus \{0\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the restriction of the quadratic form <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_819"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$A-\lambda B$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> onto the linear subspace <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_820"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive definite.</p>
<p>On the one hand, since <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_821"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(A-\lambda B){|_{V}}\le 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_822"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(A-\lambda B){|_{{V_{2}}}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the subspaces <italic>V</italic> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_823"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> have a trivial intersection. On the other hand, since <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_824"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\dim V+\dim {V_{2}}=n+1>n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the subspaces <italic>V</italic> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_825"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> cannot have a trivial intersection. We got a contradiction.</p>
<p>Hence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_826"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}\le \lambda $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_827"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a lower bound of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_828"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>“</mml:mtext><mml:mo>∃</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>”</mml:mtext><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{\lambda \ge 0|\text{``}\exists V,\hspace{2.5pt}\dim V=i:(A-\lambda B){|_{V}}\le 0\text{''}\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. That completes the proof of Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_028">7.1</xref>.  □</p></statement>
<p>Remember that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_829"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${M}^{\dagger }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the Moore–Penrose pseudoinverse matrix to <italic>M</italic>; <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_830"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle M\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the column span of the matrix <italic>M</italic>. If matrices <italic>M</italic> and <italic>N</italic> are compatible for multiplication, then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_831"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle MN\rangle \subset \operatorname{span}\langle M\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. (Furthermore, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_832"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {M_{1}}\rangle \subset \operatorname{span}\langle {M_{2}}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> if and only if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_833"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${M_{1}}={M_{2}}N$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for some matrix <italic>N</italic>). Hence, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_834"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle M{M}^{\top }\rangle =\operatorname{span}\langle M\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (to prove it, we can use the identity <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_835"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$M=M{M}^{\top }{({M}^{\top })}^{\dagger }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>).</p>
<p>Since the <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_836"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> covariance matrix <italic>Σ</italic> is positive semidefinite, for every <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_837"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix <italic>M</italic> the equality <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_838"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle M\varSigma {M}^{\top }\rangle =\operatorname{span}\langle M\varSigma \rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> holds true. This can be proved with use of the matrix square root.</p>
<p>If what follows, for a fixed <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_839"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix <italic>X</italic> denote 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_188">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\Delta _{\mathrm{pm}}}=CX{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }\varSigma ,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <italic>C</italic> is an <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_840"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\times (n+d)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix, <italic>Σ</italic> is an <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_841"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> positive semidefinite matrix. <statement id="j_vmsta104_stat_060"><label>Proof of Proposition 7.2.</label>
<p><italic>1, necessity. Relation</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_068">30</xref>) <italic>is a necessary condition for compatibility of the constraints in</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_066">28</xref>)<italic>.</italic> Let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_842"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_843"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(C-\Delta )X=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for some <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_844"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\times (n+d)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix Δ. Due to <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_845"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_846"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta =M\varSigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for some matrix <italic>M</italic>. Then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_847"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$CX=\Delta X=M\varSigma X$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_848"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X}^{\top }{C}^{\top }={X}^{\top }\varSigma {M}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, whence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_849"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}({X}^{\top }{C}^{\top })\subset \operatorname{span}({X}^{\top }\varSigma )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p><italic>1, sufficiency. Relation</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_068">30</xref>) <italic>is a sufficient condition for compatibility of the constraints in</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_066">28</xref>)<italic>.</italic> Let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_850"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}({X}^{\top }{C}^{\top })\subset \operatorname{span}({X}^{\top }\varSigma )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_851"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X}^{\top }{C}^{\top }={X}^{\top }\varSigma M$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for some matrix <italic>M</italic>. The constraints <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_852"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_853"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(C-\Delta )X=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are satisfied for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_854"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta ={M}^{\top }\varSigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, so they are compatible.</p>
<p><italic>2a, eqns.</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_069">31</xref>)<italic>. If the constraints are compatible, they are satisfied for</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_855"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta ={\Delta _{\mathrm{pm}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>.</italic> Indeed, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_189">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\Delta _{\mathrm{pm}}}\hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=CX{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }\varSigma \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
since <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_856"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\varSigma \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. If the constraints are compatible, then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_190">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{span}\big({X}^{\top }\varSigma X\big)=\operatorname{span}\big({X}^{\top }\varSigma \big)\subset \operatorname{span}\big({X}^{\top }{C}^{\top }\big),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
whence 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_191">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{X}^{\top }\varSigma X{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }& ={P_{{X}^{\top }\varSigma X}}{X}^{\top }{C}^{\top }={X}^{\top }{C}^{\top },\\{} {\Delta _{\mathrm{pm}}}X& =CX{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }\varSigma X=CX,\\{} (C-{\Delta _{\mathrm{pm}}})X& =0.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p><italic>2a, eqn.</italic> (<xref rid="j_vmsta104_eq_070">32</xref>) <italic>and 2b. If the constraints are compatible, then the constrained least element of</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_857"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is attained for</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_858"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta ={\Delta _{\mathrm{pm}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. The least element is equal to</italic> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_859"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$CX{({X}^{\top }\varSigma X)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>.</italic> Let Δ satisfy the constraints, which imply <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_860"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta {P_{\varSigma }}=\Delta $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_861"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta X=CX$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Expand the product 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_192">
<label>(71)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ (\Delta -{\Delta _{\mathrm{pm}}}){\varSigma }^{\dagger }{(\Delta -{\Delta _{\mathrm{pm}}})}^{\top }=\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }-{\Delta _{\mathrm{pm}}}{\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }-\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta _{\mathrm{pm}}^{\top }}+{\Delta _{\mathrm{pm}}}{\varSigma }^{\dagger }{\Delta _{\mathrm{pm}}^{\top }}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Simplify the expressions for three (of four) summands: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_193">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta _{\mathrm{pm}}^{\top }}& =\Delta {\varSigma }^{\dagger }\varSigma X{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }\\{} & =\Delta {P_{\varSigma }}X{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }\\{} & =\Delta X{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }=CX{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Applying matrix transposition to both sides of the last chain of equalities, we get 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_194">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\Delta _{\mathrm{pm}}}{\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }=CX{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
For the last summand, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_195">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\Delta _{\mathrm{pm}}}{\varSigma }^{\dagger }{\Delta _{\mathrm{pm}}^{\top }}& =CX{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }\varSigma {\varSigma }^{\dagger }\varSigma X{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }\\{} & =CX{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }\varSigma X{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }\\{} & =CX{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Thus, (<xref rid="j_vmsta104_eq_192">71</xref>) implies that 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_196">
<label>(72)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }=(\Delta -{\Delta _{\mathrm{pm}}}){\varSigma }^{\dagger }{(\Delta -{\Delta _{\mathrm{pm}}})}^{\top }+CX{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Hence 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_197">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }\ge CX{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top },\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and statement 2b of the theorem is proved. For <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_862"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta ={\Delta _{\mathrm{pm}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, equality is attained, which coincides with (<xref rid="j_vmsta104_eq_070">32</xref>).</p>
<p><italic>Remark</italic> <xref rid="j_vmsta104_stat_032"><italic>7.2-1</italic></xref><italic>. The least point is attained for a unique</italic> Δ<italic>.</italic> It is enough to show that if Δ satisfies the constraints and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_863"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }=CX{({X}^{\top }\varSigma X)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_864"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta ={\Delta _{\mathrm{pm}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Indeed, if Δ satisfies the constraints <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_865"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_866"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(C-\Delta )X=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_867"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }=CX{({X}^{\top }\varSigma X)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then due to (<xref rid="j_vmsta104_eq_196">72</xref>) 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_198">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ (\Delta -{\Delta _{\mathrm{pm}}}){\varSigma }^{\dagger }{(\Delta -{\Delta _{\mathrm{pm}}})}^{\top }=0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
As <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_868"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\varSigma }^{\dagger }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a positive semidefinite matrix, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_869"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\Delta -{\Delta _{\mathrm{pm}}}){\varSigma }^{\dagger }=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_870"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\Delta -{\Delta _{\mathrm{pm}}}){P_{\varSigma }}=(\Delta -{\Delta _{\mathrm{pm}}}){\varSigma }^{\dagger }\varSigma =0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Add the equality <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_871"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (which is one of the constraints) and subtract the equality <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_872"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{\mathrm{pm}}}\hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (which is one of equalities (<xref rid="j_vmsta104_eq_069">31</xref>) and holds true due part 2a of the theorem). Obtain 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_199">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \Delta -{\Delta _{\mathrm{pm}}}=(\Delta -{\Delta _{\mathrm{pm}}}){P_{\varSigma }}+\Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})-{\Delta _{\mathrm{pm}}}\hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
whence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_873"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta ={\Delta _{\mathrm{pm}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.  □</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_061"><label>Proof of Proposition 7.3.</label>
<p><italic>1. Necessity.</italic> Since the matrices <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_874"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C}^{\top }C$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <italic>Σ</italic> are positive semidefinite, the matrix pencil <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_875"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\langle {C}^{\top }C,\varSigma \rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is definite if and only if the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_876"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C}^{\top }C+\varSigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive semidefinite. Thus, if the matrix pencil <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_877"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\langle {C}^{\top }C,\varSigma \rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is definite, then the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_878"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C}^{\top }C+\varSigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive definite. As the columns of the matrix <italic>X</italic> are linearly independent, the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_879"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$X({C}^{\top }C+\varSigma ){X}^{\top }={X}^{\top }{C}^{\top }CX+{X}^{\top }\varSigma X$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive definite as well, whence <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_880"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}({X}^{\top }{C}^{\top }CX+{X}^{\top }\varSigma X)={\mathbb{R}}^{n}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>If the constraints are compatible, then the condition (<xref rid="j_vmsta104_eq_068">30</xref>) holds true, whence 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_200">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟩</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟩</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟩</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟩</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟩</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\mathbb{R}}^{n}& =\operatorname{span}\big\langle {X}^{\top }{C}^{\top }CX+{X}^{\top }\varSigma X\big\rangle \\{} & \subset \operatorname{span}\big\langle {X}^{\top }{C}^{\top }CX\big\rangle +\operatorname{span}\big\langle {X}^{\top }\varSigma X\big\rangle \\{} & =\operatorname{span}\big\langle {X}^{\top }{C}^{\top }\big\rangle +\operatorname{span}\big\langle {X}^{\top }\varSigma \big\rangle \\{} & =\operatorname{span}\big\langle {X}^{\top }\varSigma \big\rangle =\operatorname{span}\big\langle {X}^{\top }\varSigma X\big\rangle .\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Since <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_881"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {X}^{\top }\varSigma X\rangle ={\mathbb{R}}^{n}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_882"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X}^{\top }\varSigma X$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is nonsingular.</p>
<p><italic>2. Sufficiency.</italic> If the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_883"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X}^{\top }\varSigma X$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is nonsingular, then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_201">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⊃</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{span}\big\langle {X}^{\top }\varSigma \big\rangle =\operatorname{span}\big\langle {X}^{\top }\varSigma X\big\rangle ={\mathbb{R}}^{n}\supset \operatorname{span}\big\langle {X}^{\top }{C}^{\top }\big\rangle .\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Thus the condition (<xref rid="j_vmsta104_eq_068">30</xref>), which is the necessary and sufficient condition for compatibility of the constraints, holds true.  □</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_062"><label>Proof of Proposition 7.4.</label>
<p>Construct simultaneous diagonalization of matrices <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_884"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$XC{C}^{\top }{X}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_885"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$X\varSigma {X}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (according to Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_015">6.2</xref>) that satisfies Remark <xref rid="j_vmsta104_stat_017">6.2-2</xref>: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_202">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {X}^{\top }{C}^{\top }CX={\big({T}^{-1}\big)}^{\top }\varLambda {T}^{-1},\hspace{2em}{X}^{\top }\varSigma X={\big({T}^{-1}\big)}^{\top }\mathrm{M}{T}^{-1}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Notations <italic>Λ</italic>, M, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_886"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$T=\left[\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{T_{1}}& {T_{2}}\end{array}\right]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_887"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mu _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_888"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_889"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are taken from Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_015">6.2</xref>, Remark <xref rid="j_vmsta104_stat_032">7.2-1</xref>, and Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_028">7.1</xref>.</p>
<p>The subspace 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_203">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Λ</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟩</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{span}\big\langle {X}^{\top }{C}^{\top }\big\rangle =\operatorname{span}\big\langle {X}^{\top }{C}^{\top }CX\big\rangle =\operatorname{span}\big\langle {\big({T}^{-1}\big)}^{\top }\varLambda {T}^{-1}\big\rangle =\operatorname{span}\big\langle {\big({T}^{-1}\big)}^{\top }\varLambda \big\rangle \]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
is spanned by columns of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_890"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${({T}^{-1})}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> that correspond to nonzero <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_891"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>’s. Similarly, the subspace <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_892"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>M</mml:mtext><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {X}^{\top }\varSigma \rangle =\operatorname{span}\langle {({T}^{-1})}^{\top }\text{M}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is spanned by columns of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_893"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${({T}^{-1})}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> that correspond to non-zero <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_894"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mu _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>’s. Note that the columns of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_895"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${({T}^{-1})}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are linearly independent. The condition <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_896"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {X}^{\top }{C}^{\top }\rangle \subset \operatorname{span}\langle {X}^{\top }\varSigma \rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is satisfied if and only if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_897"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{i}}\ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for all <italic>i</italic> such that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_898"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mu _{i}}\ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (that is <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_899"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}<\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_900"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i=1,\dots ,d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where notation <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_901"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}={\lambda _{i}}/{\nu _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> comes from Theorem <xref rid="j_vmsta104_stat_015">6.2</xref>). Thus, due to Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_018">6.3</xref>,
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_204">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }={T}^{}{\text{M}}^{\dagger }{T}^{\top }.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Construct the chain of equalities: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_205">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mover><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mover><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mover><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mover><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext>“</mml:mtext><mml:mo>∃</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>”</mml:mtext><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mover><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mover><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext>“</mml:mtext><mml:mo>∃</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>”</mml:mtext><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& \underset{\begin{array}{c}\Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0\\{} (C-\Delta )X=0\end{array}}{\min }{\lambda _{k+m-d}}\big(\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }\big)\\{} & \hspace{1em}\stackrel{(\mathrm{a})}{=}{\lambda _{k+m-d}}\big(CX{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }\big)={\lambda _{k+m-d}}\big(CX\hspace{0.1667em}{T}^{}{\mathrm{M}}^{\dagger }{T}^{\top }\hspace{0.1667em}{X}^{\top }{C}^{\top }\big)\\{} & \hspace{1em}\stackrel{(\mathrm{b})}{=}{\lambda _{k}}\big({\text{M}}^{\dagger }{T}^{\top }{X}^{\top }{C}^{\top }CX{T}^{}\big)={\lambda _{k}}\big({\text{M}}^{\dagger }\varLambda \big)={\nu _{k}}\\{} & \hspace{1em}\stackrel{(\mathrm{c})}{=}\min \big\{\lambda \ge 0:\text{``}\exists {V_{1}}\subset {\mathbb{R}}^{d},\hspace{0.2778em}\dim {V_{1}}=k:\big({X}^{\top }{C}^{\top }CX-\lambda {X}^{\top }\varSigma X\big){|_{{V_{1}}}}\le 0\text{''}\big\}\\{} & \hspace{1em}\stackrel{(\mathrm{d})}{=}\min \big\{\lambda \ge 0:\text{``}\exists V\subset \operatorname{span}\langle X\rangle ,\hspace{0.2778em}\dim V=k:\big({C}^{\top }C-\lambda \varSigma \big){|_{V}}\le 0\text{''}\big\}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Equality (a) follows from <xref rid="j_vmsta104_stat_031">7.2</xref> because the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_902"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$CX{({X}^{\top }\varSigma X)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the least value of the expression <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_903"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> with constraints <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_904"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(I-{P_{\varSigma }}){\Delta }^{\top }=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_905"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(C-\Delta )X=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Equality (b) follows from the relation between characteristic polynomials of two products of two rectangular matrices: 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_206">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">χ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">χ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\chi _{CXT\hspace{0.1667em}{\mathrm{M}}^{\dagger }{T}^{\top }{X}^{\top }{C}^{\top }}}(\lambda )={(-\lambda )}^{m-d}{\chi _{{\mathrm{M}}^{\dagger }{T}^{\top }{X}^{\top }{C}^{\top }\hspace{0.1667em}CXT}}(\lambda )\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
because <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_906"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$CXT$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is an <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_907"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_908"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathrm{M}}^{\dagger }{T}^{\top }{X}^{\top }{C}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_909"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$d\times m$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix. Thus, the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_910"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$CXT\hspace{0.1667em}{\mathrm{M}}^{\dagger }{T}^{\top }{X}^{\top }{C}^{\top }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has all the eigenvalues of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_911"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Λ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathrm{M}}^{\dagger }{T}^{\top }{X}^{\top }{C}^{\top }\times CXT={\mathrm{M}}^{\dagger }\varLambda $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and, besides them, the eigenvalue 0 of multiplicity <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_912"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m-d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. All these eigenvalues are nonnegative.</p>
<p>Equality (c) holds true due to Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_028">7.1</xref>.</p>
<p>Since the columns of the matrix <italic>X</italic> are linearly independent, there is a one-to-one correspondence between subspaces of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_913"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle X\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_914"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathbb{R}}^{d}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>: if <italic>V</italic> is a subspace of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_915"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle X\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then there exists a unique subspace <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_916"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{1}}\subset {\mathbb{R}}^{d}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and for those <italic>V</italic> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_917"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<list>
<list-item id="j_vmsta104_li_018">
<label>•</label>
<p><inline-formula id="j_vmsta104_ineq_918"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\dim V=\dim {V_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>;</p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta104_li_019">
<label>•</label>
<p>the restriction of the quadratic form <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_919"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C}^{\top }C-\lambda \varSigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to the subspace <italic>V</italic> is negative semidefinite if and only if the restriction of the quadratic form <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_920"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X}^{\top }{C}^{\top }CX-\lambda {X}^{\top }\varSigma X$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to the subspace <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_921"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is negative semidefinite.</p>
</list-item>
</list> 
Hence, equality (d) holds true.</p>
<p>Equation (<xref rid="j_vmsta104_eq_073">34</xref>) is proved. As to Remark <xref rid="j_vmsta104_stat_035">7.4-1</xref>, the minimum in the left-hand side of (<xref rid="j_vmsta104_eq_073">34</xref>) is attained for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_922"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta ={\Delta _{\mathrm{pm}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The minimum in the right-hand side of (<xref rid="j_vmsta104_eq_073">34</xref>) is attained if the subspace <italic>V</italic> is a linear span of <italic>k</italic> columns of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_923"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$XT$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> that correspond to the <italic>k</italic> least <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_924"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>’s.  □</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_063"><label>Proof of Proposition 7.5.</label>
<p>By Lemma <xref rid="j_vmsta104_stat_028">7.1</xref> and Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_034">7.4</xref>, the inequality (<xref rid="j_vmsta104_eq_083">37</xref>) is equivalent to the obvious inequality 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_207">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext>“</mml:mtext><mml:mo>∃</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>”</mml:mtext><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>“</mml:mtext><mml:mo>∃</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>”</mml:mtext><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& \min \big\{\lambda \ge 0:\text{``}\exists V\subset \operatorname{span}\langle X\rangle ,\hspace{0.2778em}\dim V=k:\big({C}^{\top }C-\lambda \varSigma \big){|_{V}}\le 0\text{''}\big\}\\{} & \hspace{1em}\ge \min \big\{\lambda \ge 0|\text{``}\exists V,\hspace{2.5pt}\dim V=k:(A-\lambda B){|_{V}}\le 0\text{''}\big\}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>From the proof it follows that if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_925"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{d}}=\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then for any <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_926"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix <italic>X</italic> of rank <italic>d</italic> the constraints in (<xref rid="j_vmsta104_eq_066">28</xref>) are not compatible.</p>
<p>Now prove that if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_927"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{d}}<\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_928"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$X=[{u_{1}},{u_{2}},\dots ,{u_{d}}]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then the inequality in Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_036">7.5</xref> becomes an equality. Indeed, then the constraints in (<xref rid="j_vmsta104_eq_066">28</xref>) are compatible because they are satisfied for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_929"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta =CTD{T}^{-1}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_208">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="{" close=""><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" columnalign="left left"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mtext>and</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mtext>or</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}D& =\operatorname{diag}({d_{1}},{d_{2}},\dots ,{d_{d+n}}),\\{} {d_{k}}& =\left\{\begin{array}{l@{\hskip10.0pt}l}1\hspace{1em}& \text{if}\hspace{2.5pt}{\mu _{k}}>0\hspace{2.5pt}\text{and}\hspace{2.5pt}k\le d,\\{} 0\hspace{1em}& \text{if}\hspace{2.5pt}{\mu _{k}}=0\hspace{2.5pt}\text{or}\hspace{2.5pt}k>d.\end{array}\right.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
By Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_031">7.2</xref> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_209">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\underset{\begin{array}{c}\Delta (I-{P_{\varSigma }})=0\\{} (C-\Delta )X=0\end{array}}{\min }{\lambda _{k+m-d}}\big(\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }\big)& ={\lambda _{k+m-d}}\big(CX{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }\big)\\{} & ={\lambda _{k}}\big({\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{\dagger }{X}^{\top }{C}^{\top }CX\big)\\{} & ={\lambda _{k}}\big({\mathrm{M}_{d}^{\dagger }}{\varLambda _{d}}\big)={\nu _{k}},\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_930"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathrm{M}_{d}}=\operatorname{diag}({\mu _{1}},\dots ,{\mu _{d}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_931"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\varLambda _{d}}=\operatorname{diag}({\lambda _{1}},\dots ,{\lambda _{d}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are principal submatrices of the matrices M and <italic>Λ</italic>, respectively.  □</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_064"><label>Proof of Proposition 7.6.</label>
<p>For every matrix Δ that satisfies the constraints <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_932"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(I-{P_{\varSigma }})\Delta =0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_933"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{rk}(C-\Delta )\le n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, there exists an <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_934"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix <italic>X</italic> of rank <italic>d</italic> such that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_935"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(C-\Delta )X=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Assuming that such Δ exists, we get <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_936"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\nu <+\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> because the equalities <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_937"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\nu =+\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_938"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(I-{P_{\varSigma }})\Delta =0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_939"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{rk}X=d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_940"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(C-\Delta )X=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> cannot hold simultaneously.</p>
<p>We have 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_210">
<label>(73)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">tr</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\big\| \Delta \hspace{0.1667em}{\big({\varSigma }^{1/2}\big)}^{\dagger }{\big\| _{F}^{2}}& =\operatorname{tr}\big(\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }\big)={\sum \limits_{i=1}^{m}}{\lambda _{i}}\big(\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }\big)\\{} & ={\sum \limits_{i=1}^{m-d}}{\lambda _{i}}\big(\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }\big)+{\sum \limits_{k=1}^{d}}{\lambda _{k+m-d}}\big(\Delta {(\varSigma )}^{\dagger }{\Delta }^{\top }\big)\\{} & \ge 0+{\sum \limits_{k=1}^{d}}{\nu _{k}},\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where the inequalities hold true due to positive semidefiniteness of <italic>Σ</italic> and due to Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_036">7.5</xref>.</p>
<p>If <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_941"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{d}}=\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, than the constraints <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_942"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_943"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{rk}(C-\Delta )\le n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are not compatible. Otherwise, the equality in (<xref rid="j_vmsta104_eq_210">73</xref>) is attained for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_944"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">em</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta ={\Delta _{\mathrm{em}}}:=CX{({X}^{\top }\varSigma X)}^{\dagger }\times {X}^{\top }\varSigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where the matrix <italic>X</italic> consists of first <italic>d</italic> rows of the matrix <italic>T</italic>, where <italic>T</italic> comes from decomposition (<xref rid="j_vmsta104_eq_076">35</xref>).</p>
<p>Thus, if the constraints in (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) are compatible, then the minimum is equal to <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_945"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${({\sum _{k=1}^{d}}{\nu _{k}})}^{1/2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and is attained at <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_946"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">em</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{\mathrm{em}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Otherwise, if the constraints are incompatible, then by contraposition to the second statement of Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_036">7.5</xref> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_947"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{d}}=+\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_948"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${({\sum _{k=1}^{d}}{\nu _{k}})}^{1/2}=+\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>If the minimum in (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) is attained at Δ, then the inequality (<xref rid="j_vmsta104_eq_210">73</xref>) becomes an equality, whence <disp-formula-group id="j_vmsta104_dg_007">
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_211">
<label>(74)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\lambda _{i}}\big(\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }\big)& =0,\hspace{1em}i=1,\dots ,m-d;\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_212">
<label>(75)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\lambda _{k+m-d}}\big(\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }\big)& ={\nu _{k}},\hspace{1em}k=1,\dots ,d;\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</disp-formula-group> in particular, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_213">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\lambda _{\max }}\big(\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }\big)={\nu _{d}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Remember that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_949"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{d}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the minimum value in (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>). Thus, the minimum in (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>) is attained at Δ, although it may be also attained elsewhere.  □</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_065"><label>Proof of Proposition 7.7.</label>
<p><italic>1.</italic> The monotonicity follows from results of [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_014">14</xref>]. The unitarily invariant norm is a symmetric gauge function of the singular values, and the symmetric gauge function is monotonous in non-negative inputs (see [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_014">14</xref>, ineq. (2.5)]).</p>
<p><italic>2.</italic> Let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_950"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sigma _{1}}({M_{1}})<{\sigma _{1}}({M_{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_951"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sigma _{i}}({M_{1}})\le {\sigma _{i}}({M_{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for all <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_952"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i=2,\dots ,\min (m,n)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then for all <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_953"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=1,\dots ,\min (m,n)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_214">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\sum \limits_{i=1}^{k}}{\sigma _{i}}({M_{1}})\le \frac{{\sigma _{1}}({M_{1}})+{\sigma _{2}}({M_{1}})+\cdots +{\sigma _{\min (m,n)}}({M_{1}})}{{\sigma _{1}}({M_{2}})+{\sigma _{2}}({M_{1}})+\cdots +{\sigma _{\min (m,n)}}({M_{1}})}{\sum \limits_{i=1}^{k}}{\sigma _{i}}({M_{2}}).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Due to Ky Fan [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_003">3</xref>, Theorem 4] or [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_014">14</xref>, Theorem 1], this implies that 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_215">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \| {M_{1}}{\| _{\mathrm{U}}}\le \frac{{\sigma _{1}}({M_{1}})+{\sigma _{2}}({M_{1}})+\cdots +{\sigma _{\min (m,n)}}({M_{1}})}{{\sigma _{1}}({M_{2}})+{\sigma _{2}}({M_{1}})+\cdots +{\sigma _{\min (m,n)}}({M_{1}})}\| {M_{2}}{\| _{\mathrm{U}}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Since 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_216">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>and</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ 0\le \frac{{\sigma _{1}}({M_{1}})+{\sigma _{2}}({M_{1}})+\cdots +{\sigma _{\min (m,n)}}({M_{1}})}{{\sigma _{1}}({M_{2}})+{\sigma _{2}}({M_{1}})+\cdots +{\sigma _{\min (m,n)}}({M_{1}})}<1\hspace{1em}\text{and}\hspace{1em}\| {M_{2}}{\| _{\mathrm{U}}}>0,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<inline-formula id="j_vmsta104_ineq_954"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| {M_{1}}{\| _{\mathrm{U}}}<\| {M_{2}}{\| _{\mathrm{U}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.  □</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_066"><label>Proof of Proposition 7.8.</label>
<p>Notice that the optimization problems (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>), (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>), and (<xref rid="j_vmsta104_eq_021">12</xref>) have the same constraints. If the constraints are compatible, then the minimum in (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) is attained for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_955"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">em</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta ={\Delta _{\mathrm{em}}}:=CX{({X}^{\top }\varSigma X)}^{\dagger }{X}^{\top }\varSigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p><xref rid="j_vmsta104_li_009"><italic>1</italic></xref><italic>.</italic> Let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_956"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(7)</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{\min \text{(7)}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> minimize (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>), and let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_957"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">feas</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{\mathrm{feas}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> satisfy the constraints. Then, by Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_036">7.5</xref> and eqn. (<xref rid="j_vmsta104_eq_212">75</xref>), 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_217">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(7)</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(7)</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">feas</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">feas</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(7)</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">feas</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(7)</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">feas</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\lambda _{k+m-d}}\big({\Delta _{\min \text{(7)}}}{\varSigma }^{\dagger }{\Delta _{\min \text{(7)}}^{\top }}\big)& ={\nu _{k}}\le {\lambda _{k+m-d}}\big({\Delta _{\mathrm{feas}}}{\varSigma }^{\dagger }{\Delta _{\mathrm{feas}}^{\top }}\big),\hspace{1em}k=1,\dots ,d;\\{} {\sigma _{d+1-k}}\big({\Delta _{\min \text{(7)}}}{\big({\varSigma }^{1/2}\big)}^{\dagger }\big)& \le {\sigma _{d+1-k}}\big({\Delta _{\mathrm{feas}}}{\big({\varSigma }^{1/2}\big)}^{\dagger }\big),\\{} k& =\max (1,d+1-m),\dots ,d;\\{} {\sigma _{j}}\big({\Delta _{\min \text{(7)}}}{\big({\varSigma }^{1/2}\big)}^{\dagger }\big)& \le {\sigma _{j}}\big({\Delta _{\mathrm{feas}}}{\big({\varSigma }^{1/2}\big)}^{\dagger }\big),\hspace{1em}j=1,\dots ,\min (d,m);\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
by eqn. (<xref rid="j_vmsta104_eq_211">74</xref>) 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_218">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(7)</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(7)</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(7)</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">feas</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(7)</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">feas</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\lambda _{i}}\big({\Delta _{\min \text{(7)}}}{\varSigma }^{\dagger }{\Delta _{\min \text{(7)}}^{\top }}\big)& =0,\hspace{1em}i=1,\dots ,m-d,\\{} {\sigma _{m+1-i}}\big({\Delta _{\min \text{(7)}}}{\big({\varSigma }^{1/2}\big)}^{\dagger }\big)& =0\le {\sigma _{m+1-i}}\big({\Delta _{\mathrm{feas}}}{\big({\varSigma }^{1/2}\big)}^{\dagger }\big),\hspace{1em}i\le m-d;\\{} {\sigma _{j}}\big({\Delta _{\min \text{(7)}}}{\big({\varSigma }^{1/2}\big)}^{\dagger }\big)& =0\le {\sigma _{j}}\big({\Delta _{\mathrm{feas}}}{\big({\varSigma }^{1/2}\big)}^{\dagger }\big),\hspace{1em}d+1\le j\le \min (m,\hspace{0.2222em}n+d).\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Thus 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_219">
<label>(76)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(7)</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">feas</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>for all</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\sigma _{j}}\big({\Delta _{\min \text{(7)}}}{\big({\varSigma }^{1/2}\big)}^{\dagger }\big)\le {\sigma _{j}}\big({\Delta _{\mathrm{feas}}}{\big({\varSigma }^{1/2}\big)}^{\dagger }\big)\hspace{1em}\text{for all}\hspace{2.5pt}j\le \min (m,n+d),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
whence by Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_039">7.7</xref> <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_958"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(7)</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">feas</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\| {\Delta _{\min \text{(7)}}}{({\varSigma }^{1/2})}^{\dagger }{\| _{\mathrm{U}}}\le \| {\Delta _{\mathrm{feas}}}{({\varSigma }^{1/2})}^{\dagger }{\| _{\mathrm{U}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Thus <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_959"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(7)</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{\min \text{(7)}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> indeed minimizes (<xref rid="j_vmsta104_eq_021">12</xref>).</p>
<p><xref rid="j_vmsta104_li_010"><italic>2</italic></xref><italic>.</italic> Let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_960"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(12)</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{\min \text{(12)}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> minimize (<xref rid="j_vmsta104_eq_021">12</xref>), so the constraints are compatible. Then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_961"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">em</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{\mathrm{em}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> minimizes both (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) and (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>), see Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_038">7.6</xref>. Thus, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_220">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(12)</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">em</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" stretchy="true">‖</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\big\| {\Delta _{\min \text{(12)}}}{\big({\varSigma }^{1/2}\big)}^{\dagger }\big\| }_{\mathrm{U}}\le {\big\| {\Delta _{\mathrm{em}}}{\big({\varSigma }^{1/2}\big)}^{\dagger }\big\| }_{\mathrm{U}},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and by (<xref rid="j_vmsta104_eq_219">76</xref>) 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_221">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">em</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(12)</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>for all</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\sigma _{j}}\big({\Delta _{\mathrm{em}}}{\big({\varSigma }^{1/2}\big)}^{\dagger }\big)\le {\sigma _{j}}\big({\Delta _{\min \text{(12)}}}{\big({\varSigma }^{1/2}\big)}^{\dagger }\big)\hspace{1em}\text{for all}\hspace{2.5pt}j\le \min (m,n+d).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Then by Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_039">7.7</xref> (contraposition to part <xref rid="j_vmsta104_li_008">2</xref>) 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_222">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">em</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(12)</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">em</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">em</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(12)</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(12)</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\sigma _{1}}\big({\Delta _{\mathrm{em}}}{\big({\varSigma }^{1/2}\big)}^{\dagger }\big)& ={\sigma _{1}}\big({\Delta _{\min \text{(12)}}}{\big({\varSigma }^{1/2}\big)}^{\dagger }\big),\\{} \underset{\begin{array}{c}\Delta (I-{P_{\varSigma }})=0\\{} \operatorname{rk}(C-\Delta )\le n\end{array}}{\min }\big(\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }\big)& ={\lambda _{\max }}\big({\Delta _{\mathrm{em}}}{\varSigma }^{\dagger }{\Delta _{\mathrm{em}}^{\top }}\big)={\lambda _{\max }}\big({\Delta _{\min \text{(12)}}}{\varSigma }^{\dagger }{\Delta _{\min \text{(12)}}^{\top }}\big).\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Thus <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_962"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mtext>(12)</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{\min \text{(12)}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> indeed minimizes (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>).  □</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_067"><label>Proof of Proposition 7.9.</label>
<p>We can assume that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_963"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mu _{i}}\in \{0,1\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in (<xref rid="j_vmsta104_eq_076">35</xref>).</p>
<p>The set of matrices Δ that satisfy (<xref rid="j_vmsta104_eq_015">8</xref>) depends only on <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_964"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and does not change after linear transformations of columns of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_965"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>By linear transformations of the columns, the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_966"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T}^{-1}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be transformed to the reduced column echelon form. Thus, there exists such an <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_967"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_968"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{5}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in the column echelon form that 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_223">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\rangle =\operatorname{span}\langle T{T_{5}}\rangle .\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Notice that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_969"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">rk</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{rk}{T_{5}}=\operatorname{rk}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}=d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Denote by <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_970"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${d_{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_971"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${d}^{\ast }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> the first and the last of the indices <italic>i</italic> such that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_972"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}={\nu _{d}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_224">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mtext>;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mtext>.</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\nu _{{d_{\ast }}-1}}& <{\nu _{{d_{\ast }}}}\hspace{1em}\text{if}\hspace{2.5pt}{d_{\ast }}\ge 2\text{;}\\{} {\nu _{{d_{\ast }}}}& =\cdots ={\nu _{d}}=\cdots ={\nu _{{d}^{\ast }}};\\{} {\nu _{{d}^{\ast }}}& <{\nu _{{d}^{\ast }+1}}\hspace{1em}\text{if}\hspace{2.5pt}{d}^{\ast }<n+d\text{.}\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p><italic>Necessity.</italic> Let Δ be a point where the constrained minimum in (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) is attained. Then equalities (<xref rid="j_vmsta104_eq_211">74</xref>)–(<xref rid="j_vmsta104_eq_212">75</xref>) from the proof of Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_038">7.6</xref> hold true. Thus, due to Propositions <xref rid="j_vmsta104_stat_034">7.4</xref> and <xref rid="j_vmsta104_stat_036">7.5</xref>, for all <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_973"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=1,\dots ,d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_225">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext>“</mml:mtext><mml:mo>∃</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>”</mml:mtext><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \min \big\{\lambda \ge 0:\text{``}\exists V\subset \operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\rangle ,\hspace{0.2778em}\dim V=k:\big({C}^{\top }C-\lambda \varSigma \big){|_{V}}\le 0\text{''}\big\}={\nu _{k}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>According to <xref rid="j_vmsta104_stat_035">7.4-1</xref>, we can construct a stack of subspaces 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_226">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {V_{1}}\subset {V_{2}}\subset \cdots \subset {V_{d}}=\operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\rangle ,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
such that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_974"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\dim {V_{k}}=k$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the restriction of the quadratic form <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_975"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C}^{\top }C-{\nu _{k}}\varSigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to the subspace <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_976"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is negative semidefinite, for all <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_977"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\le d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Now, prove that 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_227">
<label>(77)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{span}\langle {u_{i}}:{\nu _{i}}<{\nu _{d}}\rangle \subset \operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\rangle .\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Suppose the contrary: <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_978"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊄</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {u_{i}}:{\nu _{i}}<{\nu _{d}}\rangle \not\subset \operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then there exists <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_979"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i<{d_{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_980"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∉</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${u_{i}}\notin \operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and, as a consequence, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_981"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∉</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${u_{i}}\notin {V_{\max \{j\hspace{0.2778em}:\hspace{0.2778em}{\nu _{j}}\le {\nu _{i}}\}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Find the least <italic>k</italic> such that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_982"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∉</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${u_{k}}\notin {V_{\max \{j\hspace{0.2778em}:\hspace{0.2778em}{\nu _{j}}\le {\nu _{k}}\}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_983"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k_{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_984"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k}^{\ast }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> denote the first and the last indices <italic>i</italic> such that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_985"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{i}}={\nu _{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_986"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$1\le {k_{\ast }}\le k\le {k}^{\ast }<{d_{\ast }}\le d\le {d}^{\ast }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_987"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∉</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${u_{k}}\notin {V_{{k}^{\ast }}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Since <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_988"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {u_{1}},\dots ,{u_{{k_{\ast }}-1}}\rangle \subset {V_{{k_{\ast }}-1}}\subset {V_{{k}^{\ast }}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_228">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\dim \big({V_{{k}^{\ast }}}\cap \operatorname{span}\langle {u_{{k_{\ast }}}},\dots ,{u_{n+d}}\rangle \big)& =\dim \big({V_{{k}^{\ast }}}/\operatorname{span}\langle {u_{1}},\dots ,{u_{{k_{\ast }}-1}}\rangle \big)\\{} & =\dim {V_{{k}^{\ast }}}-({k_{\ast }}-1)={k}^{\ast }-{k_{\ast }}+1.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Since <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_989"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∉</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${u_{k}}\notin {V_{{k}^{\ast }}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_990"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∉</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${u_{k}}\notin {V_{{k}^{\ast }}}\cap \operatorname{span}\langle {u_{{k_{\ast }}}},\dots ,{u_{n+d}}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_229">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" fence="true">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" fence="true">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \dim \operatorname{span}\big\langle {V_{{k}^{\ast }}}\cap \operatorname{span}\langle {u_{{k_{\ast }}}},\dots {u_{n+d}}\rangle ,\hspace{0.2222em}{u_{k}}\big\rangle ={k}^{\ast }-{k_{\ast }}+2.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Now, consider the <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_991"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d-{k_{\ast }}+1)\times (n+d-{k_{\ast }}+1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> diagonal matrix 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_230">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}D(\lambda )& :={[{u_{{k_{\ast }}}},\dots ,{u_{n+d}}]}^{\top }\big({C}^{\top }C-\lambda \varSigma \big)[{u_{{k_{\ast }}}},\dots ,{u_{n+d}}]\\{} & =\operatorname{diag}({\lambda _{j}}-\lambda {\mu _{j}},\hspace{0.2778em}j={k_{\ast }},\dots ,n+d)\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
for various <italic>λ</italic>. For <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_992"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\lambda ={\nu _{k}}={\nu _{{k_{\ast }}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the inequality <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_993"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{j}}-{\nu _{k}}{\mu _{j}}\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> holds true for all <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_994"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$j\ge {k_{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, so the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_995"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$D({\nu _{k}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive semidefinite. For <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_996"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\lambda ={\nu _{{k}^{\ast }+1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the inequality <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_997"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{j}}-{\nu _{{k}^{\ast }+1}}{\mu _{j}}\le 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> holds true for all <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_998"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k_{\ast }}\le j\le {k}^{\ast }+1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, so there exists a <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_999"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k}^{\ast }-{k_{\ast }}+2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-dimensional subspace of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1000"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathbb{R}}^{n+d-{k_{\ast }}+1}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> where the quadratic form <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1001"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$D({\nu _{{k}^{\ast }+1}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is negative semidefinite. For <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1002"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\lambda <{\nu _{{k}^{\ast }+1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the inequality <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1003"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{j}}-\lambda {\mu _{j}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> holds true for all <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1004"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k}^{\ast }+1\le j\le n+d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Therefore, there exists an <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1005"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n+d-{k}^{\ast }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-dimensional subspace of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1006"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathbb{R}}^{n+d-{k_{\ast }}+1}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> where the quadratic form <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1007"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$D(\lambda )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive definite. According to the proof of Sylvester’s law of inertia, there is no subspace of dimension <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1008"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k}^{\ast }-{k_{\ast }}+2=(n+d-{k_{\ast }}+1)-(n+d-{k}^{\ast })+1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> where the quadratic form <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1009"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$D(\lambda )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is negative semidefinite. Thus, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1010"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{{k}^{\ast }+1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the least number such that there exists a <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1011"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k}^{\ast }-{k_{\ast }}+2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-dimensional subspace where the quadratic form <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1012"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$D(\lambda )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is negative semidefinite.</p>
<p>Similarly to the chain of equalities in the proof of Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_034">7.4</xref>, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_231">
<label>(78)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext>“</mml:mtext><mml:mo>∃</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>”</mml:mtext><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext>“</mml:mtext><mml:mo>∃</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo>:</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>”</mml:mtext><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext>“</mml:mtext><mml:mo>∃</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo>:</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>”</mml:mtext><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\nu _{{k}^{\ast }+1}}& =\min \big\{\lambda \ge 0:\text{``}\exists {V_{1}},\hspace{0.2778em}\dim {V_{1}}={k}^{\ast }-{k_{\ast }}+2\hspace{0.2778em}:\hspace{0.2778em}D(\lambda ){|_{{V_{1}}}}\le 0\text{''}\big\}\\{} & =\min \big\{\lambda \ge 0:\text{``}\exists {V_{1}},\hspace{0.2778em}\dim {V_{1}}={k}^{\ast }-{k_{\ast }}+2\hspace{0.2778em}:\\{} & \hspace{2em}{[{u_{{k_{\ast }}}},\dots ,{u_{n+d}}]}^{\top }\big({C}^{\top }C-\lambda \varSigma \big)[{u_{{k_{\ast }}}},\dots ,{u_{n+d}}]{|_{{V_{1}}}}\le 0\text{''}\big\}\\{} & =\min \big\{\lambda \ge 0:\text{``}\exists {V_{1}},\hspace{0.2778em}V\subset \operatorname{span}\langle {u_{{k_{\ast }}}},\dots ,{u_{n+d}}\rangle ,\hspace{0.2778em}\dim V={k}^{\ast }-{k_{\ast }}+2\hspace{0.2778em}:\\{} & \hspace{2em}\big({C}^{\top }C-\lambda \varSigma \big){|_{V}}\le 0\text{''}\big\}\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>The restriction of the quadratic form <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1013"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C}^{\top }C-{\nu _{k}}\varSigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to the subspace <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1014"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {u_{{k_{\ast }}}},\dots ,{u_{n+d}}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive semidefinite because <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1015"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${[{u_{{k_{\ast }}}},\dots ,{u_{n+d}}]}^{\top }({C}^{\top }C-{\nu _{k}}\varSigma )\times [{u_{{k_{\ast }}}},\dots ,{u_{n+d}}]=D({\nu _{k}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a positive semidefinite diagonal matrix. Then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_232">
<label>(79)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& \big\{v\in \operatorname{span}\langle {u_{{k_{\ast }}}},\dots {u_{n+d}}\rangle :{v}^{\top }\big({C}^{\top }C-{\nu _{k}}\varSigma \big)v\le 0\big\}\\{} & \hspace{1em}=\big\{v\in \operatorname{span}\langle {u_{{k_{\ast }}}},\dots ,{u_{n+d}}\rangle :\big({C}^{\top }C-{\nu _{k}}\varSigma \big)v=0\big\}\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
is a linear subspace. Since this subspace contains the subspace <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1016"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{k}}\cap \operatorname{span}\langle {u_{{k_{\ast }}}},\dots ,{u_{n+d}}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (as the quadratic form <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1017"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C}^{\top }C-{\nu _{k}}\varSigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is negative semidefinite on <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1018"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) and the vector <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1019"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${u_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (as <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1020"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${u_{k}}\in \operatorname{span}\langle {u_{{k_{\ast }}}},\dots ,{u_{n+d}}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1021"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${u_{k}^{\top }}({C}^{\top }C-{\nu _{k}}\varSigma ){u_{k}^{}}={\lambda _{k}}-{\nu _{k}}{\mu _{k}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>), it contains <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1022"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {V_{{k}^{\ast }}}\cap \operatorname{span}\langle {u_{{k_{\ast }}}},\dots ,{u_{n+d}}\rangle ,\hspace{0.2222em}{u_{k}}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. But, as <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1023"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{k}}<{\nu _{{k}^{\ast }+1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, this contradicts (<xref rid="j_vmsta104_eq_231">78</xref>).</p>
<p>Now, prove that 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_233">
<label>(80)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\rangle \subset \operatorname{span}\langle {u_{i}}:{\nu _{i}}\le {\nu _{d}}\rangle .\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Due to (<xref rid="j_vmsta104_eq_227">77</xref>), 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_234">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" fence="true">⟨</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>∩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" fence="true">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\rangle =\operatorname{span}\big\langle \operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\rangle \cap \operatorname{span}\langle {u_{{d_{\ast }}}},\dots ,{u_{n+d}}\rangle ,\hspace{0.2222em}{u_{1}},\dots ,{u_{{d_{\ast }}-1}}\big\rangle .\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Hence, to prove (<xref rid="j_vmsta104_eq_233">80</xref>), it is enough to show that 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_235">
<label>(81)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>∩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\rangle \cap \operatorname{span}\langle {u_{{d_{\ast }}}},\dots ,{\nu _{n+d}}\rangle \subset \operatorname{span}\langle {u_{{d_{\ast }}}},\dots ,{\nu _{{d}^{\ast }}}\rangle .\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>The restriction of the quadratic form <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1024"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C}^{\top }C-{\nu _{d}}\varSigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to the subspace <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1025"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {u_{{d_{\ast }}}},\dots ,{u_{n+d}}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive semidefinite. Hence 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_236">
<label>(82)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& \big\{v\in \operatorname{span}\langle {u_{{d_{\ast }}}},\dots {u_{n+d}}\rangle :{v}^{\top }\big({C}^{\top }C-{\nu _{d}}\varSigma \big)v\le 0\big\}\\{} & \hspace{1em}=\big\{v\in \operatorname{span}\langle {u_{{d_{\ast }}}},\dots {u_{n+d}}\rangle :{v}^{\top }\big({C}^{\top }C-{\nu _{d}}\varSigma \big)v=0\big\}\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
is a linear subspace (see equation (<xref rid="j_vmsta104_eq_232">79</xref>)). This subspace contains the subspaces <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1026"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>∩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\rangle \cap \operatorname{span}\langle {u_{{d_{\ast }}}},\dots ,{\nu _{n+d}}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1027"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {u_{{d_{\ast }}}},\dots ,{\nu _{{d}^{\ast }}}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Denote the dimension of the subspace (<xref rid="j_vmsta104_eq_236">82</xref>): 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_237">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {d_{2}}=\dim \big\{v\in \operatorname{span}\langle {u_{{d_{\ast }}}},\dots {u_{n+d}}\rangle :{v}^{\top }\big({C}^{\top }C-{\nu _{d}}\varSigma \big)v=0\big\}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
If (<xref rid="j_vmsta104_eq_235">81</xref>) does not hold, then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1028"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${d_{2}}>{d}^{\ast }-{d_{\ast }}+1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1029"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${d_{2}}\ge {d}^{\ast }-{d_{\ast }}+2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_238">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>∃</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \exists V\subset \operatorname{span}\langle {u_{{d_{\ast }}}},\dots {u_{n+d}}\rangle ,\hspace{0.2778em}\dim V={d_{2}}\hspace{0.2778em}:\hspace{0.2778em}\big({C}^{\top }C-{\nu _{d}}\varSigma \big){|_{V}}\le 0\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
(as an instance of such a subspace <italic>V</italic>, we can take the one defined in (<xref rid="j_vmsta104_eq_236">82</xref>)). Then, taking a <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1030"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${d}^{\ast }-{d_{\ast }}+2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-dimensional subspace of <italic>V</italic>, we get 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_239">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>∃</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo movablelimits="false">dim</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="0.2778em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \exists V\subset \operatorname{span}\langle {u_{{d_{\ast }}}},\dots {u_{n+d}}\rangle ,\hspace{0.2778em}\dim V={d}^{\ast }-{d_{\ast }}+2\hspace{0.2778em}:\hspace{0.2778em}\big({C}^{\top }C-{\nu _{d}}\varSigma \big){|_{V}}\le 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Due to (<xref rid="j_vmsta104_eq_231">78</xref>) (for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1031"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>), <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1032"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{{d}^{\ast }+1}}\le {\nu _{d}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, which does not hold true.</p>
<p>Assuming the contrary to (<xref rid="j_vmsta104_eq_235">81</xref>), we got a contradiction. Hence, (<xref rid="j_vmsta104_eq_235">81</xref>) and (<xref rid="j_vmsta104_eq_233">80</xref>) hold true.</p>
<p><italic>Sufficiency.</italic> Remember that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1033"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$T=[{u_{1}},\dots ,{u_{n+d}}]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is an <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1034"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times (n+d)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix of generalized eigenvectors of the matrix pencil <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1035"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\langle {C}^{\top }C,\hspace{0.1667em}\varSigma \rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and respective generalized eigenvalues are arranged in ascending order. By means of linear operations of the columns, the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1036"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T}^{-1}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be transformed into the reduced column echelon form. In other words, there exists such an <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1037"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> nonsingular matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1038"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{8}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, that the <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1039"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(n+d)\times n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_240">
<label>(83)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {T_{5}}={T}^{-1}{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}{T_{8}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
is in the reduced column echelon form. The equality (<xref rid="j_vmsta104_eq_240">83</xref>) implies that 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_241">
<label>(84)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\rangle =\operatorname{span}\langle T{T_{5}}\rangle .\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
If condition (<xref rid="j_vmsta104_eq_083">37</xref>) holds, then in representation (<xref rid="j_vmsta104_eq_241">84</xref>) the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1040"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{5}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has the following block structure 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_242">
<graphic xlink:href="vmsta-5-3-vmsta104-g001.jpg"/>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1041"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>61</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{61}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1042"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({d}^{\ast }-{d_{\ast }}+1)\times (d-{d_{\ast }}+1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> reduced column echelon matrix. (Any of the blocks except <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1043"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>61</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{61}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> may be an “empty matrix”.)</p>
<p>Since the columns of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1044"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{5}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are linearly independent, the columns of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1045"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>61</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{61}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are linearly independent as well. Hence the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1046"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>61</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{61}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> may be appended with columns such that the resulting matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1047"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>61</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>62</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{6}}=[{T_{61}},{T_{62}}]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is nonsingular. Perform the Gram–Schmidt orthogonalization of columns of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1048"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{6}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> by constructing such an upper-triangular matrix 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_243">
<graphic xlink:href="vmsta-5-3-vmsta104-g002.jpg"/>
</disp-formula> 
that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1049"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{7}^{\top }}{T_{6}^{\top }}{T_{6}^{}}{T_{7}^{}}={I_{{d}^{\ast }-{d_{\ast }}+1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Change the basis in the simultaneous diagonalization of the matrices <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1050"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${C}^{\top }C$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <italic>Σ</italic>. Denote 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_244">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">new</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {T_{\mathrm{new}}}=\big[{u_{1}},\dots {u_{{d_{\ast }}-1}},[{u_{{d_{\ast }}}},\dots {u_{{d}^{\ast }}}]{T_{6}}{T_{7}},{u_{{d}^{\ast }+1}},\dots {u_{n+d}}\big].\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
If <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1051"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{d}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the equation (<xref rid="j_vmsta104_eq_076">35</xref>) with <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1052"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">new</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{\mathrm{new}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> substituted for <italic>T</italic> holds true, since 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_245">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">new</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">new</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">new</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">new</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {T_{\mathrm{new}}^{\top }}{C}^{\top }C{T_{\mathrm{new}}^{}}=\varLambda ,\hspace{2em}{T_{\mathrm{new}}^{\top }}\varSigma {T_{\mathrm{new}}^{}}=\mathrm{M}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
(Here we use that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1053"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{{d_{\ast }}}}=\cdots ={\lambda _{{d}^{\ast }}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1054"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mu _{{d_{\ast }}}}=\cdots ={\mu _{{d}^{\ast }}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. If <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1055"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{d}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then the latter equation may or may not hold true.) The subspace 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_246">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>61</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟩</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>61</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>71</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">⟩</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}\rangle =\operatorname{span}\langle T{T_{5}}\rangle & =\operatorname{span}\big\langle {u_{1}},\dots {u_{{d_{\ast }}-1}},[{u_{{d_{\ast }}}},\dots {u_{{d}^{\ast }}}]{T_{61}}\big\rangle \\{} & =\operatorname{span}\big\langle {u_{1}},\dots {u_{{d_{\ast }}-1}},[{u_{{d_{\ast }}}},\dots {u_{{d}^{\ast }}}]{T_{61}}{T_{71}}\big\rangle \end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
is spanned by the first <italic>d</italic> columns of the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1056"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">new</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${T_{\mathrm{new}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>It can be easily verified that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1057"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">Λ</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}{C}^{\top }\rangle =\operatorname{span}\langle {T_{8}^{\top }}{T_{5}^{\top }}\varLambda \rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1058"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}\varSigma \rangle =\operatorname{span}\langle {T_{8}^{\top }}{T_{5}^{\top }}\mathrm{M}\rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The condition <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1059"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊂</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" movablelimits="false">span</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}{C}^{\top }\rangle \subset \operatorname{span}\langle {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}\varSigma \rangle $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> holds true if (and only if) <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1060"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{d}}<\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Thus, due to Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_031">7.2</xref>, if the condition <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1061"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{d}}<\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> holds true, then the constraints <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1062"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1063"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(C-\Delta ){\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are compatible.</p>
<p>Let <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1064"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{\mathrm{pm}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be a common point of minimum in 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_247">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\lambda _{k+m-d}}\big({\Delta _{\mathrm{pm}}}{\varSigma }^{\dagger }{\Delta _{\mathrm{pm}}^{\top }}\big)=\underset{\begin{array}{c}\Delta (I-{P_{\varSigma }})=0\\{} (C-\Delta ){\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}=0\end{array}}{\min }{\lambda _{k+m-d}}\big(\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }\big)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
for all <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1065"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=1,\dots ,d$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, such that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1066"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{\mathrm{pm}}}\hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1067"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(C-{\Delta _{\mathrm{pm}}}){\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; such <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1068"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{\mathrm{pm}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> exists due to Remark <xref rid="j_vmsta104_stat_035">7.4-1</xref>. By Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_036">7.5</xref>, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_248">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\lambda _{k+m-d}}\big({\Delta _{\mathrm{pm}}}{\varSigma }^{\dagger }{\Delta _{\mathrm{pm}}^{\top }}\big)={\nu _{k}},\hspace{1em}k=1,\dots ,d,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and, from the proof of Preposition <xref rid="j_vmsta104_stat_038">7.6</xref>, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_249">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\lambda _{i}}\big({\Delta _{\mathrm{pm}}}{\varSigma }^{\dagger }{\Delta _{\mathrm{pm}}^{\top }}\big)=0,\hspace{1em}i=1,\dots ,m-d.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The minimum in (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>) is attained at <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1069"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">pm</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta ={\Delta _{\mathrm{pm}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>The case <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1070"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{d}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is trivial: then (<xref rid="j_vmsta104_eq_083">37</xref>) imply that <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1071"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$C{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1072"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta =0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> satisfies the constraints <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1073"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta \hspace{0.1667em}(I-{P_{\varSigma }})=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1074"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(C-\Delta ){\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and minimizes the criterion function in (<xref rid="j_vmsta104_eq_014">7</xref>).  □</p></statement><statement id="j_vmsta104_stat_068"><label>Proof of Proposition 7.10.</label>
<p>Remember that if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1075"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{d}}<\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then the constraints in (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>) are compatible, and the minimum is attained and is equal to <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1076"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{d}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; see Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_036">7.5</xref>. Otherwise, if <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1077"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{d}}=\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then the constraints in (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>) are incompatible.</p>
<p>Transform the expression for the functional (<xref rid="j_vmsta104_eq_084">38</xref>): 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_250">
<label>(85)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{Q_{1}}(X)& :={\lambda _{\max }}\big({\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{-1}{X}^{\top }{C}^{\top }CX\big)\\{} & ={\lambda _{\max }}\big(CX{\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{-1}{X}^{\top }{C}^{\top }\big)\\{} & =\underset{{\Delta _{1}}\in {\mathbb{R}}^{m\times (n+d)}\hspace{0.1667em}:\hspace{0.1667em}{\Delta _{1}}(I-{P_{\varSigma }})=0,\hspace{0.1667em}(C-{\Delta _{1}})X=0}{\min }{\lambda _{\max }}\big({\Delta _{1}^{}}{\varSigma }^{\dagger }{\Delta _{1}^{\top }}\big).\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Here we used the rule how eigenvalues of the matrix product change when the matrices are swapped, and we also used Propositions <xref rid="j_vmsta104_stat_031">7.2</xref> and <xref rid="j_vmsta104_stat_033">7.3</xref>. By Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_036">7.5</xref>, <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1078"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{1}}(X)\ge {\nu _{d}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>If the minimum in (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>) &amp; (<xref rid="j_vmsta104_eq_015">8</xref>) is attained (say at some point <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1079"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\Delta ,{\widehat{X}_{\mathrm{ext}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>), then the constraints in the right-hand side of (<xref rid="j_vmsta104_eq_250">85</xref>) are compatible for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1080"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$X={\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (particularly, Δ is a matrix that satisfies the constraints). Then by Proposition <xref rid="j_vmsta104_stat_033">7.3</xref> the matrix <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1081"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{\top }}\varSigma {\widehat{X}_{\mathrm{ext}}^{}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is nonsingular. Thus, for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1082"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$X={\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, minimum in the right-hand of (<xref rid="j_vmsta104_eq_250">85</xref>) is attained at <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1083"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Delta _{1}}=\Delta $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (because Δ satisfies stronger constraints of (<xref rid="j_vmsta104_eq_250">85</xref>) and brings a minimum to the same functional with weaker constraints of (<xref rid="j_vmsta104_eq_020">11</xref>)).</p>
<p>Hence, 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_251">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow/></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{Q_{1}}({\widehat{X}_{\mathrm{ext}}})& :=\underset{{\Delta _{1}}\in {\mathbb{R}}^{m\times (n+d)}\hspace{0.1667em}:\hspace{0.1667em}{\Delta _{1}}(I-{P_{\varSigma }})=0,\hspace{0.1667em}(C-{\Delta _{1}}){\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}=0}{\min }{\lambda _{\max }}\big({\Delta _{1}^{}}{\varSigma }^{\dagger }{\Delta _{1}^{\top }}\big)\\{} & =\big(\Delta {\varSigma }^{\dagger }{\Delta }^{\top }\big)={\nu _{d}},\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
which is the minimum value of <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1084"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Transform the expression for the functional (<xref rid="j_vmsta104_eq_085">39</xref>): 
<disp-formula id="j_vmsta104_eq_252">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& {\lambda _{\max }}\big({\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{-1}{X}^{\top }\big({C}^{\top }C-m\varSigma \big)X\big)\\{} & \hspace{1em}={\lambda _{\max }}\big({\big({X}^{\top }\varSigma X\big)}^{-1}{X}^{\top }\big({C}^{\top }C\big)X-m{I_{n+d}}\big)={Q_{1}}(X)-m.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Hence, the functionals (<xref rid="j_vmsta104_eq_084">38</xref>) and (<xref rid="j_vmsta104_eq_085">39</xref>) attain their minimal values at the same points.  □</p></statement></p>
</sec>
</sec>
<sec id="j_vmsta104_s_029">
<label>9</label>
<title>Conclusion</title>
<p>The linear errors-in-variables model is considered. The errors are assumed to have the same covariance matrix for each observation and to be independent between different observations, however some variables may be observed without errors. Detailed proofs of the consistency theorems for the TLS estimator, which were first stated in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_018">18</xref>], are presented.</p>
<p>It is proved that that the final estimator <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1085"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for explicit-notation regression coefficients (i.e., for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1086"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in (<xref rid="j_vmsta104_eq_001">1</xref>) or (<xref rid="j_vmsta104_eq_004">2</xref>), and not the estimator <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1087"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\widehat{X}_{\mathrm{ext}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1088"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ext</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{\mathrm{ext}}^{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in equation (<xref rid="j_vmsta104_eq_007">3</xref>), which sets the relationship between the regressors and response variables <italic>implicitly</italic>) is unique, either with high probability or eventually. This means that in the classification used in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_008">8</xref>], the TLS problem is of 1st class set <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1089"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathcal{F}_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (the solution is unique and “generic”), with high probability or eventually.</p>
<p>As by-product, we get that if in the definition of the estimator the Frobenius norm is replaced by the spectral norm, then the consistency theorems still hold true. The disadvantage of using spectral norm is that the estimator <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1090"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\widehat{X}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is not unique then. (The set of solutions to the minimal spectral norm problem contains the set of solutions to the TLS problem. On the other hand, it is possible that the minimal spectral norm problem has solutions, but the TLS problem has not – this is the TLS problem of 1st class set <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1091"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathcal{F}_{3}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; the probability of this random event tends to 0.)</p>
<p>Results can be generalized to any unitary invariant matrix norm. I do not know whether they hold true for non-invariant norms such as the maximum absolute entry, which is studied in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta104_ref_007">7</xref>].</p>
</sec>
</body>
<back>
<ref-list id="j_vmsta104_reflist_001">
<title>References</title>
<ref id="j_vmsta104_ref_001">
<label>[1]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Cheng</surname>, <given-names>C.-L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Van Ness</surname>, <given-names>J.W.</given-names></string-name>: <source>Statistical Regression with Measurement Error</source>. <publisher-name>Wiley</publisher-name> (<year>2010</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=1719513">MR1719513</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_002">
<label>[2]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>de Leeuw</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>: <article-title>Generalized eigenvalue problems with positive semi-definite matrices</article-title>. <source>Psychometrika</source> <volume>47</volume>(<issue>1</issue>), <fpage>87</fpage>–<lpage>93</lpage> (<year>1982</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0668507">MR0668507</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1007/BF02293853" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1007/BF02293853</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_003">
<label>[3]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Fan</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>: <article-title>Maximum properties and inequalities for the eigenvalues of completely continuous operators</article-title>. <source>Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA</source> <volume>37</volume>(<issue>11</issue>), <fpage>760</fpage>–<lpage>766</lpage> (<year>1951</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0045952">MR0045952</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1073/pnas.37.11.760" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1073/pnas.37.11.760</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_004">
<label>[4]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Gallo</surname>, <given-names>P.P.</given-names></string-name>: <article-title>Consistency of regression estimates when some variables are subject to error</article-title>. <source>Communications in Statistics – Theory and Methods</source> <volume>11</volume>(<issue>9</issue>), <fpage>973</fpage>–<lpage>983</lpage> (<year>1982</year>). <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1080/03610928208828287" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1080/03610928208828287</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_005">
<label>[5]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Gleser</surname>, <given-names>L.J.</given-names></string-name>: <article-title>Estimation in a multivariate “errors in variables” regression model: Large sample results</article-title>. <source>The Annals of Statistics</source> <volume>9</volume>(<issue>1</issue>), <fpage>24</fpage>–<lpage>44</lpage> (<year>1981</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0600530">MR0600530</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_006">
<label>[6]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Golub</surname>, <given-names>G.H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hoffman</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Stewart</surname>, <given-names>G.W.</given-names></string-name>: <article-title>A generalization of the Eckart–Young–Mirsky matrix approximation theorem</article-title>. <source>Linear Algebra and its Applications</source> <volume>88–89</volume>(<issue>Supplement C</issue>), <fpage>317</fpage>–<lpage>327</lpage> (<year>1987</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0882452">MR0882452</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1016/0024-3795(87)90114-5" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1016/0024-3795(87)90114-5</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_007">
<label>[7]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Hladík</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Černý</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Antoch</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>: <article-title>EIV regression with bounded errors in data: total ‘least squares’ with Chebyshev norm</article-title>. <source>Statistical Papers</source> (<year>2017</year>). <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s00362-017-0939-z" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1007/s00362-017-0939-z</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_008">
<label>[8]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Hnětynková</surname>, <given-names>I.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Plešinger</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sima</surname>, <given-names>D.M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Strakoš</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Van Huffel</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>: <article-title>The total least squares problem in <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1092"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$AX\approx B$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>: A new classification with the relationship to the classical works</article-title>. <source>SIAM Journal on Matrix Analysis and Applications</source> <volume>32</volume>(<issue>3</issue>), <fpage>748</fpage>–<lpage>770</lpage> (<year>2011</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2825323">MR2825323</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1137/100813348" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1137/100813348</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_009">
<label>[9]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Kukush</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Markovsky</surname>, <given-names>I.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Van Huffel</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>: <article-title>Consistency of the structured total least squares estimator in a multivariate errors-in-variables model</article-title>. <source>Journal of Statistical Planning and Inference</source> <volume>133</volume>(<issue>2</issue>), <fpage>315</fpage>–<lpage>358</lpage> (<year>2005</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2194481">MR2194481</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.jspi.2003.12.020" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1016/j.jspi.2003.12.020</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_010">
<label>[10]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Kukush</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Van Huffel</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>: <article-title>Consistency of elementwise-weighted total least squares estimator in a multivariate errors-in-variables model <inline-formula id="j_vmsta104_ineq_1093"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$AX=B$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></article-title>. <source>Metrika</source> <volume>59</volume>(<issue>1</issue>), <fpage>75</fpage>–<lpage>97</lpage> (<year>2004</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2043433">MR2043433</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s001840300272" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1007/s001840300272</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_011">
<label>[11]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Marcinkiewicz</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zygmund</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>: <article-title>Sur les fonctions indépendantes</article-title>. <source>Fundamenta Mathematicae</source> <volume>29</volume>, <fpage>60</fpage>–<lpage>90</lpage> (<year>1937</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0115885">MR0115885</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_012">
<label>[12]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Markovsky</surname>, <given-names>I.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sima</surname>, <given-names>D.M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Van Huffel</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>: <article-title>Total least squares methods</article-title>. <source>Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Statistics</source> <volume>2</volume>(<issue>2</issue>), <fpage>212</fpage>–<lpage>217</lpage> (<year>2010</year>). <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1002/wics.65" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1002/wics.65</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_013">
<label>[13]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Markovsky</surname>, <given-names>I.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Willems</surname>, <given-names>J.C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Van Huffel</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>De Moor</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>: <source>Exact and Approximate Modeling of Linear Systems: A Behavioral Approach</source>. <publisher-name>SIAM</publisher-name>, <publisher-loc>Philadelphia</publisher-loc> (<year>2006</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2207544">MR2207544</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1137/1.9780898718263" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1137/1.9780898718263</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_014">
<label>[14]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Mirsky</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>: <article-title>Symmetric gauge functions and unitarily invariant norms</article-title>. <source>The Quarterly Journal of Mathematics</source> <volume>11</volume>(<issue>1</issue>), <fpage>50</fpage>–<lpage>59</lpage> (<year>1960</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0114821">MR0114821</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1093/qmath/11.1.50" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1093/qmath/11.1.50</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_015">
<label>[15]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Newcomb</surname>, <given-names>R.W.</given-names></string-name>: <article-title>On the simultaneous diagonalization of two semi-definite matrices</article-title>. <source>Quarterly of Applied Mathematics</source> <volume>19</volume>(<issue>2</issue>), <fpage>144</fpage>–<lpage>146</lpage> (<year>1961</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0124336">MR0124336</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1090/qam/124336" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1090/qam/124336</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_016">
<label>[16]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Petrov</surname>, <given-names>V.V.</given-names></string-name>: <source>Limit Theorems of Probability Theory: Sequences of Independent Random Variables</source>. <publisher-name>Clarendon Press</publisher-name>, <publisher-loc>Oxford</publisher-loc> (<year>1995</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=1353441">MR1353441</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_017">
<label>[17]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Pfanzagl</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>: <article-title>On the measurability and consistency of minimum contrast estimates</article-title>. <source>Metrika</source> <volume>14</volume>, <fpage>249</fpage>–<lpage>272</lpage> (<year>1969</year>). <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1007/BF02613654" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1007/BF02613654</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_018">
<label>[18]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Shklyar</surname>, <given-names>S.V.</given-names></string-name>: <article-title>Conditions for the consistency of the total least squares estimator in an errors-in-variables linear regression model</article-title>. <source>Theory of Probability and Mathematical Statistics</source> <volume>83</volume>, <fpage>175</fpage>–<lpage>190</lpage> (<year>2011</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2768857">MR2768857</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1090/S0094-9000-2012-00850-8" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1090/S0094-9000-2012-00850-8</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_019">
<label>[19]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Stewart</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sun</surname>, <given-names>J.-g.</given-names></string-name>: <source>Matrix Perturbation Theory</source>. <publisher-name>Academic Press</publisher-name>, <publisher-loc>San Diego</publisher-loc> (<year>1990</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=1061154">MR1061154</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta104_ref_020">
<label>[20]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Van Huffel</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Vandewalle</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>: <source>The Total Least Squares Problem: Computational Aspects and Analysis</source>. <publisher-name>SIAM</publisher-name>, <publisher-loc>Philadelphia</publisher-loc> (<year>1991</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=1118607">MR1118607</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1137/1.9781611971002" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1137/1.9781611971002</ext-link></mixed-citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>