{"id":708,"date":"2021-06-22T01:24:48","date_gmt":"2021-06-22T01:24:48","guid":{"rendered":"http:\/\/www.ethanepperly.com\/?p=708"},"modified":"2021-06-22T01:33:24","modified_gmt":"2021-06-22T01:33:24","slug":"minimal-rank-completions","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/2021\/06\/22\/minimal-rank-completions\/","title":{"rendered":"Minimal Rank Completions"},"content":{"rendered":"\n<p><\/p>\n\n\n\n<p>I&#8217;m delighted to share that my first applied mathematics paper, <em><a href=\"https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.laa.2021.06.011\">Minimal Rank Completions for Overlapping Blocks<\/a><\/em>, coauthored with <a href=\"https:\/\/scholar.google.com\/citations?user=AXlDxlQAAAAJ&amp;hl=en&amp;oi=ao\">Nithin Govindarajan<\/a> and <a href=\"https:\/\/engineering.ucsb.edu\/people\/shiv-chandrasekaran\">Shivkumar Chandrasekaran<\/a>, has been accepted for publication in <em>Linear Algebra and its Applications<\/em>. (We also have a preprint on <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/2106.11267\">arXiv<\/a>.) In this post, I wanted to share what our paper is about and share an alternate derivation which ended up being cut from the final paper.<\/p>\n\n\n\n<p>Our paper is concerned with the following question: <em>given a collection of matrices which overlap in a particular way, can we choose the region of simultaneous overlap so as to minimize the <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Rank_(linear_algebra)\">rank<\/a> of each of the individual matrices<\/em>? This is a <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Multi-objective_optimization\">multi-objective<\/a> optimization problem, so <em>a priori<\/em> it is not clear it has a simultaneous solution. So it was of great surprise to us when we discovered that it does. In fact, we were able to find a tractable algorithm to find all solutions to this multi-objective problem.<\/p>\n\n\n\n<p>Our enormous thanks go to the anonymous reviewer, who went above and beyond by discovering and sketching to us a dramatically shorter and more revealing proof<sup class=\"modern-footnotes-footnote \" data-mfn=\"1\" data-mfn-post-scope=\"000000000000057f0000000000000000_708\"><a href=\"javascript:void(0)\"  role=\"button\" aria-pressed=\"false\" aria-describedby=\"mfn-content-000000000000057f0000000000000000_708-1\">1<\/a><\/sup><span id=\"mfn-content-000000000000057f0000000000000000_708-1\" role=\"tooltip\" class=\"modern-footnotes-footnote__note\" tabindex=\"0\" data-mfn=\"1\">In particular, our original proof only produced some solutions to this problem, where the reviewer&#8217;s improved proof strategy allowed us to characterize all solutions.<\/span> of our main theorem. We are truly indebted to this extraordinary reviewer for the significantly streamlined and more understandable presentation in the current iteration of our paper.<\/p>\n\n\n\n<p>For the remainder of this post, I want to discuss minimal rank completions in a little more generality and present a solution to a special case of a minimal rank completion problem which can be tractably solved. I will present a solution to this problem we discovered which I have not seen elsewhere in the literature. I hope that this perspective will be complementary to existing solutions to this problem published in the literature including the summary of this result in our paper.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Minimal Rank Completion Problems<\/h2>\n\n\n\n<p>Minimal rank completions have achieved a lot of buzz in statistics and data science. Given a matrix with unknown entries, it is often very natural to impute the missing entries as those minimizing the rank of the matrix. This is justified by a kind of <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Occam's_razor\">Occam&#8217;s razor<\/a> argument: <a href=\"https:\/\/epubs.siam.org\/doi\/abs\/10.1137\/18M1183480\">big data matrices are very often (approximately) low-rank<\/a>, so when data is missing, we may assume it takes whatever values are necessary to minimize the rank.<\/p>\n\n\n\n<p><a href=\"https:\/\/www.sciencedirect.com\/science\/article\/pii\/S0022000098916087\">Finding the rank-minimizing choice of missing entries is, in general, NP-hard.<\/a> However, under certain assumptions, <a href=\"https:\/\/link.springer.com\/article\/10.1007\/s10208-009-9045-5\">semidefinite programming relaxations can sometimes exactly recover the missing entries<\/a>.<\/p>\n\n\n\n<p>Alternately, if the missing entries belong to a special pattern, it may be possible to find the rank-minimizing choice of the unknown entries using linear algebraic tools like matrix factorizations. These approaches have significantly more limited domains of applicability than optimization-based approaches, but have advantages in that they<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>can be more tractable as they involve matrix factorizations rather than solving optimization problems;<\/li><li>work over arbitrary <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Field_(mathematics)\">fields of numbers<\/a>, such as <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Finite_field\">finite fields<\/a> appearing in computer science;<\/li><li>can find <em>all<\/em> ways of choosing the entries to minimize the rank, in particular certifying or dis-certifying the uniqueness of the rank-minimizing choice; and<\/li><li>are guaranteed to find the rank-minimizer, without any statistical assumptions.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>These algebraic methods have their roots in systems theory, integral operators, and rank-structured matrices. The last of these was the application which motivated our interest in the subject.<\/p>\n\n\n\n<p>Our paper concerns an overlapping variant of this problem, where we simultaneously minimize the ranks of several matrices by choosing the entries in the overlap carefully. This problem <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/1911.05858\">emerged to us naturally<\/a> in the construction of certain matrix representations, and we hope it might prove useful in tackling other problems. As it turns out, the overlapping problem can be solved very much in the spirit of a much simpler problem, the block <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-17551d41f05fc09b4c2f2e5b57bfe27a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#50;&#92;&#116;&#105;&#109;&#101;&#115;&#32;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"39\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> minimal rank completion problem, which we will spend most of the remainder of this post discussing.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">A Solution to the Block 2\u00d72 Case<\/h2>\n\n\n\n<p>The block <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-17551d41f05fc09b4c2f2e5b57bfe27a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#50;&#92;&#116;&#105;&#109;&#101;&#115;&#32;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"39\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> minimal rank completion problem is as follows: <em>given a partially filled block matrix<\/em><\/p>\n\n\n<p><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 42px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (1) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d2e812cb67fdb5dda87e953e87d248eb_l3.png\" height=\"42\" width=\"54\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125; &#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#65;&#32;&#38;&#32;&#66;&#32;&#92;&#92;&#32;&#63;&#32;&#38;&#32;&#67;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125; &#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n<p><em>how can the &#8220;?&#8221; be filled in to minimize the rank of this matrix?<\/em> <\/p>\n\n\n\n<p>A generalized version of this problem was originally solved by <a href=\"https:\/\/www.sciencedirect.com\/science\/article\/pii\/0022247X88902211\">Kaashoek and Woerdeman<\/a>. An alternate derivation using matrix factorizations is given by <a href=\"https:\/\/www.springer.com\/gp\/book\/9783034806053\">Eidelman, Gohberg, and Haimovici<\/a>, though they only find some of the solutions to this problem. We seek to characterize <em>all<\/em> ways of choosing the &#8220;?&#8221; so that the rank is minimize the rank.<\/p>\n\n\n\n<p>Here, I present the solution to this problem which my coauthors and I originally discovered, which is different than the one we summarize in the final version of our paper.<sup class=\"modern-footnotes-footnote \" data-mfn=\"2\" data-mfn-post-scope=\"000000000000057f0000000000000000_708\"><a href=\"javascript:void(0)\"  role=\"button\" aria-pressed=\"false\" aria-describedby=\"mfn-content-000000000000057f0000000000000000_708-2\">2<\/a><\/sup><span id=\"mfn-content-000000000000057f0000000000000000_708-2\" role=\"tooltip\" class=\"modern-footnotes-footnote__note\" tabindex=\"0\" data-mfn=\"2\">This construction does appear in Section 4 of an initial <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/1911.05858\">preprint<\/a> of ours on rank-structured matrices.<\/span> This solution is in the spirit of the one by Eidelman, Gohberg, and Haimovici but does produce all solutions.<\/p>\n\n\n\n<p>Let&#8217;s start by recalling some facts about linear algebra. Given an <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-7c060ad3084ad1de4a3ce67946c1e82a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#109;&#92;&#116;&#105;&#109;&#101;&#115;&#32;&#110;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"9\" width=\"48\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> real<sup class=\"modern-footnotes-footnote \" data-mfn=\"3\" data-mfn-post-scope=\"000000000000057f0000000000000000_708\"><a href=\"javascript:void(0)\"  role=\"button\" aria-pressed=\"false\" aria-describedby=\"mfn-content-000000000000057f0000000000000000_708-3\">3<\/a><\/sup><span id=\"mfn-content-000000000000057f0000000000000000_708-3\" role=\"tooltip\" class=\"modern-footnotes-footnote__note\" tabindex=\"0\" data-mfn=\"3\">The analysis in this discussion holds over any <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Field_(mathematics)?wprov=sfti1\">field<\/a>, but we shall use the real numbers for concreteness.<\/span> matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8bc9819614418a525aa5b16965b18391_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#75;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"16\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, one can define its <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Row_and_column_spaces?wprov=sfti1\">column space<\/a>, which I will denote <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d001df41c3df9e03afc95cfd02fb46da_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#67;&#111;&#108;&#125;&#32;&#75;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"46\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, to be the <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Vector_space?wprov=sfti1\">vector space<\/a> consist of all <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Linear_combination\">linear combinations<\/a> of the columns of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8bc9819614418a525aa5b16965b18391_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#75;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"16\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. From this column space, or indeed any <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Linear_subspace?wprov=sfti1\">vector subspace<\/a> of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-560f21b862b06dc4009a952622be24c8_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#109;&#97;&#116;&#104;&#98;&#98;&#123;&#82;&#125;&#94;&#109;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"25\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, one can extract a <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Basis_(linear_algebra)?wprov=sfti1\">basis<\/a> for this subspace, meaning every vector in the subspace can be uniquely decomposed as a linear combination of elements from the basis. In this discussion, we shall always arrange the basis vectors as columns of a basis matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e0b7f55ebbc9bb715e8b20ffdc459df7_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. If we instead consider the row space <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4f03dcb031da3f5de0a61eb979658248_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#82;&#111;&#119;&#125;&#32;&#75;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"53\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8bc9819614418a525aa5b16965b18391_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#75;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"16\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, then we arrange the elements of a basis as rows of a matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e7f252699e1616398a7ce5179d3e425e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#81;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"14\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>. <\/p>\n\n\n\n<p>Before we solve the problem, let&#8217;s reason about the lowest possible rank we could possibly expect for the completed matrix. Since the rank of a matrix can be no smaller than the rank of any of its submatrices, clearly we must have that, for any assignment <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ee8974e4adfbdab75fa43f4df80b4e5d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"16\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> of the &#8220;?&#8221;, <\/p>\n\n\n<p><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 42px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (2) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-72c3ce63672ed8a542c299d89d96a34e_l3.png\" height=\"42\" width=\"231\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125; &#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#114;&#97;&#110;&#107;&#125;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#65;&#32;&#38;&#32;&#66;&#32;&#92;&#92;&#32;&#88;&#32;&#38;&#32;&#67;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#92;&#103;&#101;&#32;&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#114;&#97;&#110;&#107;&#125;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#65;&#32;&#38;&#32;&#66;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#46; &#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n<p>However, in general, the rank of the completed matrix must be higher than <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-47aeeb178295babffbf6a06a98d53f85_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#114;&#97;&#110;&#107;&#125;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#65;&#32;&#38;&#32;&#66;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"22\" width=\"93\" style=\"vertical-align: -7px;\"\/>, as is exemplified when <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-06d2c1a5a171b6d7d9c5df87d123c5a4_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#66;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> are both zero but <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-52134c3741ef3371f17ceb962d0792f6_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#67;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> is not. In addition to rank of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-62f7702a17a10b094462ae0391bc22c3_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#65;&#32;&#38;&#32;&#66;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"22\" width=\"52\" style=\"vertical-align: -7px;\"\/>, we must also account for rows of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-da75ef299fa7e0f81a665b861cda358b_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#88;&#32;&#38;&#32;&#67;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"22\" width=\"55\" style=\"vertical-align: -7px;\"\/> which cannot be written as linear combinations of the rows above, no matter how <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ee8974e4adfbdab75fa43f4df80b4e5d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"16\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> is chosen. With a little noodling, one can convince oneself that there are always at least <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-03d49ad1af6185d26ad6191cbdde2885_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#114;&#97;&#110;&#107;&#125;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#66;&#32;&#92;&#92;&#32;&#67;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#45;&#32;&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#114;&#97;&#110;&#107;&#125;&#32;&#66;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"42\" width=\"145\" style=\"vertical-align: -16px;\"\/> such rows, leading to the bound<\/p>\n<p><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 42px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (3) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3eec39df141f3ffd8e798e69f2ce0efe_l3.png\" height=\"42\" width=\"451\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125; &#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#114;&#97;&#110;&#107;&#125;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#65;&#32;&#38;&#32;&#66;&#32;&#92;&#92;&#32;&#88;&#32;&#38;&#32;&#67;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#92;&#103;&#101;&#32;&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#114;&#97;&#110;&#107;&#125;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#65;&#32;&#38;&#32;&#66;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#43;&#32;&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#114;&#97;&#110;&#107;&#125;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#66;&#32;&#92;&#92;&#32;&#67;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#45;&#32;&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#114;&#97;&#110;&#107;&#125;&#32;&#66;&#32;&#61;&#58;&#32;&#114;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#111;&#112;&#116;&#125;&#46; &#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n<p>We shall show that, by judicious choice of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ee8974e4adfbdab75fa43f4df80b4e5d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"16\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, Eq. (3) can always be achieved with equality, making <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-088e5c05bd86c0398e6f15a910e8e55c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#114;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#111;&#112;&#116;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"14\" width=\"28\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/> the minimal rank for this completion problem.<\/p>\n\n\n<p>Let us now find such a rank-minimizing <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ee8974e4adfbdab75fa43f4df80b4e5d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"16\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. The construction begins by considering the column spaces <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e767c0c6ca23e71bab1bfeb43c5de202_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#67;&#111;&#108;&#125;&#32;&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"43\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8531806419c9d0fffec408d31b24b638_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#67;&#111;&#108;&#125;&#32;&#66;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"44\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> of the matrices <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-06d2c1a5a171b6d7d9c5df87d123c5a4_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#66;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. The intersection of these column spaces <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a66769c443ef6b2380d0d209398d067a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#67;&#111;&#108;&#125;&#32;&#65;&#32;&#92;&#99;&#97;&#112;&#32;&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#67;&#111;&#108;&#125;&#32;&#66;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"106\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> is again a vector subspace, and we choose a basis <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-0589c3759dab626f203bf25c1765a04c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;&#95;&#123;&#65;&#66;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"32\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> for it. The subspace <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a66769c443ef6b2380d0d209398d067a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#67;&#111;&#108;&#125;&#32;&#65;&#32;&#92;&#99;&#97;&#112;&#32;&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#67;&#111;&#108;&#125;&#32;&#66;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"106\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> might have a smaller size than <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e767c0c6ca23e71bab1bfeb43c5de202_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#67;&#111;&#108;&#125;&#32;&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"43\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. Therefore, to find a basis for <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e767c0c6ca23e71bab1bfeb43c5de202_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#67;&#111;&#108;&#125;&#32;&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"43\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, we can extend the basis <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-0589c3759dab626f203bf25c1765a04c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;&#95;&#123;&#65;&#66;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"32\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> by adding new columns <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-614370ab1936ccecda71e6e0d0a7b653_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#65;&#125;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"18\" width=\"23\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/> to it so that the enlarged matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-1dc732f9cecac57afb921b7ade73631d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#80;&#95;&#123;&#65;&#66;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#65;&#125;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"22\" width=\"81\" style=\"vertical-align: -7px;\"\/> forms a basis for <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e767c0c6ca23e71bab1bfeb43c5de202_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#67;&#111;&#108;&#125;&#32;&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"43\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. Similarly, we can find new columns <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5d00dd382fa17588890f34a4c3257cc4_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"18\" width=\"23\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/> to add to <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-0589c3759dab626f203bf25c1765a04c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;&#95;&#123;&#65;&#66;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"32\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> so that the matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-426f1c00bcaab024910e5542939f2e2d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#80;&#95;&#123;&#65;&#66;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"22\" width=\"81\" style=\"vertical-align: -7px;\"\/> forms a basis for <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8531806419c9d0fffec408d31b24b638_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#67;&#111;&#108;&#125;&#32;&#66;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"44\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>.<\/p>\n\n\n\n<p>Now comes something subtle. Since <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-7bc23f9ebf9880d143ec2376186ed4b6_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;&#32;&#61;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#80;&#95;&#123;&#65;&#66;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#65;&#125;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"22\" width=\"121\" style=\"vertical-align: -7px;\"\/> forms a basis for <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e767c0c6ca23e71bab1bfeb43c5de202_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#67;&#111;&#108;&#125;&#32;&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"43\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, every column in <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> can be written as a linear combination of columns in <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e0b7f55ebbc9bb715e8b20ffdc459df7_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. In matrix language, this means there exists a matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e2f1b3e609b4155559e0cccbd2cd5791_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#81;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"24\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> such that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ee0710b37ab9a60ee20918a9b36c9f3f_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#32;&#61;&#32;&#80;&#81;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"75\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>\u2014in fact, this exact <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e7f252699e1616398a7ce5179d3e425e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#81;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"14\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> forms a basis for <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2a99a6b5beb2bbfe040aec74328df582_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#82;&#111;&#119;&#125;&#32;&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"50\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. Since <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e0b7f55ebbc9bb715e8b20ffdc459df7_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> is divided into two collections of columns, it is only natural to similarly (and <a href=\"https:\/\/planetmath.org\/conformalpartitioning\">conformally<\/a>) divide <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e7f252699e1616398a7ce5179d3e425e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#81;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"14\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> into two pieces as <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2076d2e46aee796969bc85d3b0ee85b4_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#81;&#32;&#61;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#81;&#95;&#123;&#65;&#66;&#44;&#65;&#125;&#32;&#38;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#65;&#125;&#44;&#65;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"23\" width=\"155\" style=\"vertical-align: -8px;\"\/>. Thus, doing the same with <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-06d2c1a5a171b6d7d9c5df87d123c5a4_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#66;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> as we did with <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, we obtain two matrix factorizations<\/p>\n\n\n<p><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 54px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (4) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-51520b2d219165ac020f0e38c723687f_l3.png\" height=\"54\" width=\"433\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125; &#65;&#32;&#61;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#80;&#95;&#123;&#65;&#66;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#65;&#125;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#81;&#95;&#123;&#65;&#66;&#44;&#65;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#92;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#65;&#125;&#44;&#65;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#44;&#32;&#92;&#113;&#117;&#97;&#100;&#32;&#66;&#32;&#61;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#80;&#95;&#123;&#65;&#66;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#81;&#95;&#123;&#65;&#66;&#44;&#66;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#92;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#44;&#66;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#46; &#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n<p>Now we do the same song and dance with the row spaces of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-06d2c1a5a171b6d7d9c5df87d123c5a4_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#66;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-52134c3741ef3371f17ceb962d0792f6_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#67;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. Let&#8217;s go through the construction somewhat quickly. We start with a basis <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-31606a3ac41420cbb7605d1206caf792_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#81;&#95;&#123;&#66;&#67;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"36\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> for the intersection of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a3f2ea78582687e5eb417fb93dc5fdfe_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#82;&#111;&#119;&#125;&#32;&#66;&#32;&#92;&#99;&#97;&#112;&#32;&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#82;&#111;&#119;&#125;&#32;&#67;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"123\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. We then extend these to bases <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-9457398b74127f6d4d2a5f388e9aabea_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#81;&#95;&#123;&#66;&#67;&#125;&#32;&#38;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"22\" width=\"87\" style=\"vertical-align: -7px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-60298d847ee0c337d31bcbb877c1975a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#81;&#95;&#123;&#66;&#67;&#125;&#32;&#38;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#67;&#125;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"22\" width=\"87\" style=\"vertical-align: -7px;\"\/> for <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-63e913f6249bd2b5e61ad4494e7c33f6_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#82;&#111;&#119;&#125;&#32;&#66;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"51\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-7fadd6725efea472cb7b89ef1f0805ff_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#82;&#111;&#119;&#125;&#32;&#67;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"51\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. From here, we derive the existence of matrix factorizations analogous to Eq. (4):<\/p>\n\n\n<p><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 46px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (5) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-80c22156baabf5ec6005022f49846f9b_l3.png\" height=\"46\" width=\"461\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125; &#66;&#32;&#61;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#80;&#95;&#123;&#66;&#44;&#66;&#67;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#66;&#44;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#81;&#95;&#123;&#66;&#67;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#92;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#44;&#92;&#113;&#117;&#97;&#100;&#32;&#67;&#32;&#61;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#80;&#95;&#123;&#67;&#44;&#66;&#67;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#67;&#44;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#67;&#125;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#81;&#95;&#123;&#66;&#67;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#92;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#67;&#125;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#46; &#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n<p>For the next part, we shall take advantage of a powerful fact: <em>if I have a bases <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e0b7f55ebbc9bb715e8b20ffdc459df7_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e7f252699e1616398a7ce5179d3e425e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#81;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"14\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> for the row and column spaces of a matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8bc9819614418a525aa5b16965b18391_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#75;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"16\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, there exists a nonsingular matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d08fac616919760e7538df715d3ca0e6_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#82;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> for which <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-79f0693b3427cad52af1503c5db8efc3_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#75;&#61;&#80;&#82;&#81;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"91\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>.<\/em> Applying this fact to the bases <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-302cca072aaa2e0c50b56d669d87e26b_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#80;&#95;&#123;&#66;&#44;&#66;&#67;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#66;&#44;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"23\" width=\"111\" style=\"vertical-align: -8px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d7e62fc9cd06854cd483723f809c3fb0_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#81;&#95;&#123;&#65;&#66;&#44;&#66;&#125;&#32;&#38;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#44;&#66;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"23\" width=\"116\" style=\"vertical-align: -8px;\"\/> for <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-06d2c1a5a171b6d7d9c5df87d123c5a4_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#66;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>&#8216;s column and row spaces, we get the existence of a matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-fa8e22d5c423b99ffd20a26c0b45acc0_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#82;&#32;&#61;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#82;&#95;&#123;&#66;&#67;&#44;&#65;&#66;&#125;&#32;&#38;&#32;&#82;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#44;&#65;&#66;&#125;&#32;&#92;&#92;&#32;&#82;&#95;&#123;&#66;&#67;&#44;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;&#32;&#38;&#32;&#82;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#44;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"46\" width=\"179\" style=\"vertical-align: -20px;\"\/> such that<\/p>\n\n\n<p><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 54px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (6) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-26ef352194d0909c431488946f278684_l3.png\" height=\"54\" width=\"385\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125; &#66;&#32;&#61;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#80;&#95;&#123;&#66;&#44;&#66;&#67;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#66;&#44;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#82;&#95;&#123;&#66;&#67;&#44;&#65;&#66;&#125;&#32;&#38;&#32;&#82;&#95;&#123;&#66;&#67;&#44;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;&#32;&#92;&#92;&#32;&#82;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#44;&#65;&#66;&#125;&#32;&#38;&#32;&#82;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#44;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#81;&#95;&#123;&#65;&#66;&#44;&#66;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#92;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#44;&#66;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#46; &#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n<p>We now have all ingredients to describe the solution. Rather than trying to &#8220;derive&#8221; the solution in a rigorous way, let us try and discover the solution in a non-rigorous way and justify our work later. We&#8217;re hoping to find assignments <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ee8974e4adfbdab75fa43f4df80b4e5d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"16\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> of the &#8220;?&#8221; such that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2ccc9846539b08106c00165e62151cde_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#65;&#32;&#38;&#32;&#66;&#32;&#92;&#92;&#32;&#88;&#32;&#38;&#32;&#67;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"42\" width=\"57\" style=\"vertical-align: -16px;\"\/> achieves the minimum possible rank <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-088e5c05bd86c0398e6f15a910e8e55c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#114;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#111;&#112;&#116;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"14\" width=\"28\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/> defined in Eq. (3). To do so, let&#8217;s try and find a <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Rank_factorization?wprov=sfti1\">rank factorization<\/a> of the completed matrix and then infer what values <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ee8974e4adfbdab75fa43f4df80b4e5d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"16\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> will take. First off, let&#8217;s build a rank factorization for <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-fcac23519123ff16027f51d9bef6e5e5_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#65;&#32;&#38;&#32;&#66;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"22\" width=\"52\" style=\"vertical-align: -7px;\"\/> using the building blocks we&#8217;ve already built<\/p>\n\n\n<p><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 76px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (7) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-535b82029b0d6a7264c8813334b3fc8a_l3.png\" height=\"76\" width=\"356\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125; &#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#65;&#32;&#38;&#32;&#66;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#80;&#95;&#123;&#65;&#66;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#65;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#81;&#95;&#123;&#65;&#66;&#44;&#65;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#38;&#32;&#81;&#95;&#123;&#65;&#66;&#44;&#66;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#92;&#32;&#48;&#32;&#38;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#44;&#66;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#92;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#65;&#125;&#44;&#65;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#38;&#32;&#48;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#46; &#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n<p>Now we want to extend this to a rank factorization for the entire completed matrix. Let&#8217;s build up to this in stages, denoting by <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-505180f187259820bc245c7f81e8a50a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"9\" width=\"9\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> entries whose value we have yet to determine. For us to have a hope of representing the matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-52134c3741ef3371f17ceb962d0792f6_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#67;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, we&#8217;ll need to somehow add <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-92a8e56cf810e9b181ac550d36c9675c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#81;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#67;&#125;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"23\" width=\"26\" style=\"vertical-align: -8px;\"\/> into our rank factorization. Doing exactly this, we get the partially specified rank factorization<\/p>\n\n\n<p><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 99px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (8) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a8274d716e30f121dbc1f75cac8bf9f9_l3.png\" height=\"99\" width=\"391\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125; &#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#65;&#32;&#38;&#32;&#66;&#32;&#92;&#92;&#32;&#88;&#32;&#38;&#32;&#67;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#80;&#95;&#123;&#65;&#66;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#65;&#125;&#32;&#38;&#32;&#48;&#32;&#92;&#92;&#32;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#32;&#38;&#32;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#32;&#38;&#32;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#32;&#38;&#32;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#81;&#95;&#123;&#65;&#66;&#44;&#65;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#38;&#32;&#81;&#95;&#123;&#65;&#66;&#44;&#66;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#92;&#32;&#48;&#32;&#38;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#44;&#66;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#92;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#65;&#125;&#44;&#65;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#38;&#32;&#48;&#92;&#92;&#32;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#32;&#38;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#67;&#125;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#46; &#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n<p>Now, to fill in the second block row of the left factor, we recall that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a06e73ebdc74aee5237fc0a89c229f5f_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#67;&#32;&#61;&#32;&#80;&#95;&#123;&#67;&#44;&#66;&#67;&#125;&#32;&#81;&#95;&#123;&#66;&#67;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#43;&#32;&#80;&#95;&#123;&#67;&#44;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#67;&#125;&#125;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#67;&#125;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"24\" width=\"206\" style=\"vertical-align: -9px;\"\/>. From Eqs. (5) and (6), we deduce that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8fcd417e53f9be9d54a1538fa4b3329a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#81;&#95;&#123;&#66;&#67;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#61;&#32;&#82;&#95;&#123;&#66;&#67;&#44;&#65;&#66;&#125;&#32;&#81;&#95;&#123;&#65;&#66;&#44;&#66;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#43;&#32;&#82;&#95;&#123;&#66;&#67;&#44;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#44;&#66;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"26\" width=\"283\" style=\"vertical-align: -11px;\"\/>. Thus, we can fill in more entries:<\/p>\n\n\n<p><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 99px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (9) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-0a0a6f28c445d191fc35ea164bbdbd86_l3.png\" height=\"99\" width=\"569\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125; &#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#65;&#32;&#38;&#32;&#66;&#32;&#92;&#92;&#32;&#88;&#32;&#38;&#32;&#67;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#80;&#95;&#123;&#65;&#66;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#65;&#125;&#32;&#38;&#32;&#48;&#32;&#92;&#92;&#32;&#80;&#95;&#123;&#67;&#44;&#66;&#67;&#125;&#82;&#95;&#123;&#66;&#67;&#44;&#65;&#66;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#67;&#44;&#66;&#67;&#125;&#32;&#82;&#95;&#123;&#66;&#67;&#44;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;&#32;&#38;&#32;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#67;&#44;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#67;&#125;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#81;&#95;&#123;&#65;&#66;&#44;&#65;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#38;&#32;&#81;&#95;&#123;&#65;&#66;&#44;&#66;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#92;&#32;&#48;&#32;&#38;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#44;&#66;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#92;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#65;&#125;&#44;&#65;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#38;&#32;&#48;&#92;&#92;&#32;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#32;&#38;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#67;&#125;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#46; &#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n<p>With these entries filled in, the remaining <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-505180f187259820bc245c7f81e8a50a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"9\" width=\"9\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>&#8216;s can be chosen arbitrarily. Assigning names <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e799496fb654576caa3ffd6367998ae5_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#70;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#65;&#125;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"23\" width=\"24\" style=\"vertical-align: -8px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-89506fa741474dca0d571c73716d2231_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#70;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#67;&#125;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"18\" width=\"23\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/> to these free variables, we conclude that <\/p>\n\n\n<p><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 99px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (10) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2cd49546465600b6f723572a97a636e8_l3.png\" height=\"99\" width=\"556\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125; &#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#65;&#32;&#38;&#32;&#66;&#32;&#92;&#92;&#32;&#88;&#32;&#38;&#32;&#67;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#80;&#95;&#123;&#65;&#66;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#65;&#125;&#32;&#38;&#32;&#48;&#32;&#92;&#92;&#32;&#80;&#95;&#123;&#67;&#44;&#66;&#67;&#125;&#82;&#95;&#123;&#66;&#67;&#44;&#65;&#66;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#67;&#44;&#66;&#67;&#125;&#32;&#82;&#95;&#123;&#66;&#67;&#44;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#125;&#32;&#38;&#32;&#70;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#67;&#125;&#125;&#32;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#67;&#44;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#67;&#125;&#125;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125;&#32;&#81;&#95;&#123;&#65;&#66;&#44;&#65;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#38;&#32;&#81;&#95;&#123;&#65;&#66;&#44;&#66;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#92;&#32;&#48;&#32;&#38;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#66;&#125;&#44;&#66;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#92;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#65;&#125;&#44;&#65;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#38;&#32;&#48;&#92;&#92;&#32;&#70;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#65;&#125;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#38;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#67;&#125;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#98;&#109;&#97;&#116;&#114;&#105;&#120;&#125; &#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n<p>and<\/p>\n<p><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 27px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (11) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-943c45c0edff3256816d3aae4af873ae_l3.png\" height=\"27\" width=\"369\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125; &#88;&#32;&#61;&#32;&#80;&#95;&#123;&#67;&#44;&#66;&#67;&#125;&#82;&#95;&#123;&#66;&#67;&#44;&#65;&#66;&#125;&#81;&#95;&#123;&#65;&#66;&#44;&#65;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#43;&#32;&#70;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#65;&#125;&#125;&#32;&#81;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#65;&#125;&#44;&#65;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#43;&#32;&#80;&#95;&#123;&#67;&#44;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#67;&#125;&#125;&#32;&#70;&#95;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#67;&#125;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#46; &#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n<p>From all the analysis previous, we know that all <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ee8974e4adfbdab75fa43f4df80b4e5d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"16\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>&#8216;s of the form Eq. (11) solve the minimal rank completion problem, making the completed matrix achieve the minimal rank <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-088e5c05bd86c0398e6f15a910e8e55c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#114;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#111;&#112;&#116;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"14\" width=\"28\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/> defined in Eq. (3). With a little more elbow grease, one can also confirm that all such minimal completions <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ee8974e4adfbdab75fa43f4df80b4e5d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"16\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> are of the form Eq. (11), proving that Eq. (11) indeed characterizes all solutions to the minimal rank completion problem. This completes the characterization and construction of the complete set of minimizers to the block <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-17551d41f05fc09b4c2f2e5b57bfe27a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#50;&#92;&#116;&#105;&#109;&#101;&#115;&#32;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"39\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> minimal rank completion problem.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">The Overlapping Block Minimal Rank Completion Problem<\/h2>\n\n\n\n<p>If you found this post interesting, be sure to <a href=\"https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.laa.2021.06.011\">check out our paper<\/a> (or <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/2106.11267\">here on arXiv<\/a>) for an explanation of a different way of thinking about the solution of the block <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-17551d41f05fc09b4c2f2e5b57bfe27a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#50;&#92;&#116;&#105;&#109;&#101;&#115;&#32;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"39\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> minimal rank completion problem and a solution to a more general &#8220;overlapping&#8221; variant. The treatment should be reasonably self-contained, and we hope the solution to this problem could prove a useful tool in tackling open problems in systems theory and the study of rank-structured matrices.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>I&#8217;m delighted to share that my first applied mathematics paper, Minimal Rank Completions for Overlapping Blocks, coauthored with Nithin Govindarajan and Shivkumar Chandrasekaran, has been accepted for publication in Linear Algebra and its Applications. (We also have a preprint on arXiv.) In this post, I wanted to share what our paper is about and share<a class=\"more-link\" href=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/2021\/06\/22\/minimal-rank-completions\/\">Read more<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[7],"tags":[],"class_list":["post-708","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-research"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/708","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=708"}],"version-history":[{"count":25,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/708\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":761,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/708\/revisions\/761"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=708"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=708"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=708"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}