<?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">VMSTA160</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.15559/20-VMSTA160</article-id>
<article-categories><subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Research Article</subject></subj-group></article-categories>
<title-group>
<article-title>On infinite divisibility of a class of two-dimensional vectors in the second Wiener chaos</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Basse-O’Connor</surname><given-names>Andreas</given-names></name><email xlink:href="mailto:basse@math.au.dk">basse@math.au.dk</email><xref ref-type="aff" rid="j_vmsta160_aff_001"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Pedersen</surname><given-names>Jan</given-names></name><email xlink:href="mailto:jan@math.au.dk">jan@math.au.dk</email><xref ref-type="aff" rid="j_vmsta160_aff_001"/><xref ref-type="corresp" rid="cor1">∗</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Rohde</surname><given-names>Victor</given-names></name><email xlink:href="mailto:ulrich_rohde@hotmail.com">ulrich_rohde@hotmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="j_vmsta160_aff_001"/>
</contrib>
<aff id="j_vmsta160_aff_001">Department of Mathematics, <institution>Aarhus University</institution>, Ny Munkegade 118, 8000 Aarhus C, <country>Denmark</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>∗</label>Corresponding author.</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="ppub"><year>2020</year></pub-date>
<pub-date pub-type="epub"><day>28</day><month>8</month><year>2020</year></pub-date><volume>7</volume><issue>3</issue><fpage>267</fpage><lpage>289</lpage>
<history>
<date date-type="received"><day>19</day><month>5</month><year>2020</year></date>
<date date-type="rev-recd"><day>3</day><month>8</month><year>2020</year></date>
<date date-type="accepted"><day>16</day><month>8</month><year>2020</year></date>
</history>
<permissions><copyright-statement>© 2020 The Author(s). Published by VTeX</copyright-statement><copyright-year>2020</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>Infinite divisibility of a class of two-dimensional vectors with components in the second Wiener chaos is studied. Necessary and sufficient conditions for infinite divisibility are presented as well as more easily verifiable sufficient conditions. The case where both components consist of a sum of two Gaussian squares is treated in more depth, and it is conjectured that such vectors are infinitely divisible.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<label>Keywords</label>
<kwd>Sums of Gaussian squares</kwd>
<kwd>infinite divisibility</kwd>
<kwd>second Wiener chaos</kwd>
</kwd-group>
<kwd-group kwd-group-type="MSC2010">
<label>2010 MSC</label>
<kwd>60E07</kwd>
<kwd>60G15</kwd>
<kwd>62H05</kwd>
<kwd>62H10</kwd>
</kwd-group>
<funding-group>
<funding-statement>This research was supported by the Danish Council for Independent Research (Grant DFF-4002-00003).</funding-statement>
</funding-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="j_vmsta160_s_001">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>Paul Lévy raised the question of infinite divisibility of Gaussian squares, that is, for a centered Gaussian vector <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_001"><alternatives>
<mml:math><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:mo>…</mml:mo><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">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({X_{1}},\dots ,{X_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> when can <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_002"><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>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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[$({X_{1}^{2}},\dots ,{X_{n}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be written as a sum of <italic>m</italic> independent identically distributed random vectors for any <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_003"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>? (See [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_011">11</xref>].) Several authors have studied this problem. We refer to [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_004">4</xref>–<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_008">8</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_013">13</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_014">14</xref>] and references therein. These works include several novel approaches and give a great understanding of when Gaussian squares are infinitely divisible. In this paper we will provide a characterization of infinite divisibility of sums of Gaussian squares which to the best of our knowledge has not been studied in the literature except in special cases. This problem is highly motivated by the fact that sums of Gaussian squares are usual limits in many limit theorems in the presence of either long range dependence, see [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_002">2</xref>] or [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_017">17</xref>], or degenerate U-statistics, see [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_009">9</xref>]. In the following we will go in more details.</p>
<p>Let <italic>Y</italic> be a random variable in the second (Gaussian) Wiener chaos, that is, the closed linear span in <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_004"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${L^{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_005"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">h</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:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{W{(h)^{2}}-1:h\in H,\| h\| =1\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for a real separable Hilbert space <italic>H</italic> and an isonormal Gaussian process <italic>W</italic>. For convenience, we assume <italic>H</italic> is infinite-dimensional. Then there exists a sequence of independent standard Gaussian variables <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_006"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" 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" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({\xi _{i}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and a sequence of real numbers <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_007"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</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:math>
<tex-math><![CDATA[$({\alpha _{i}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_001">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi><mml:mover><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mover>
<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>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</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: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>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><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[\[ Y\stackrel{d}{=}{\sum \limits_{i=1}^{\infty }}{\alpha _{i}}({\xi _{i}^{2}}-1),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where the sum converges in <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_008"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${L^{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (see for example [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_009">9</xref>, Theorem 6.1]). Since the <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_009"><alternatives>
<mml:math><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:math>
<tex-math><![CDATA[${\xi _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>’s are independent, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_010"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</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">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</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[$({\xi _{1}^{2}},\dots ,{\xi _{d}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is infinitely divisible for any <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_011"><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> and therefore, <italic>Y</italic> is infinitely divisible. Such a sum of Gaussian squares appears as the limit of U-statistics in the degenerate case (see [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_009">9</xref>, Corollary 11.5]). In this case the <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_012"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\alpha _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are certain binomial coefficients times the eigenvalues of operators associated to the U-statistics. But even though any random variable in the second Wiener chaos is infinitely divisible, it is well known (cf. Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_001">1</xref> below) that a vector with dimension greater than two and components in the second Wiener chaos needs not be infinite divisibility. In between the case of a random variable in the second Wiener chaos and the vector case with dimension greater than two, there is the open question of infinite divisibility of a two-dimensional vector with components in the second Wiener chaos. Let <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_013"><alternatives>
<mml:math><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:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</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">n</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">n</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[$({X_{1}},\dots ,{X_{{n_{1}}+{n_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be a zero mean Gaussian vector for <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_014"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}},{n_{2}}\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The fact that any two-dimensional vector in the second Wiener chaos is infinitely divisible is equivalent to
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_002">
<label>(1)</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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ ({d_{1}}{X_{1}^{2}}+\cdots +{d_{{n_{1}}}}{X_{{n_{1}}}^{2}},{d_{{n_{1}}}}{X_{{n_{1}}+1}^{2}}+\cdots +{d_{{n_{1}}+{n_{2}}}}{X_{{n_{1}}+{n_{2}}}^{2}})\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
being infinitely divisible for any <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_015"><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">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${d_{1}},\dots ,{d_{{n_{1}}+{n_{2}}}}=\pm 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, any covariance structure of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_016"><alternatives>
<mml:math><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:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</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">n</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">n</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[$({X_{1}},\dots ,{X_{{n_{1}}+{n_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and any <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_017"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}},{n_{2}}\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (something what follows by the definition of the second Wiener chaos).</p>
<p>The following theorem, which is due to Griffiths [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_008">8</xref>] and Bapat [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_001">1</xref>], is an important first result related to infinite divisibility in the second Wiener chaos. We refer to [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_012">12</xref>, Theorem 13.2.1 and Lemma 14.9.4] for a proof.</p><statement id="j_vmsta160_stat_001"><label>Theorem 1</label>
<title>(Griffiths and Bapat).</title>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_018"><alternatives>
<mml:math><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:mo>…</mml:mo><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">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({X_{1}},\dots ,{X_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be a zero mean Gaussian vector with a positive definite covariance matrix</italic> Σ<italic>. Then</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_019"><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>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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[$({X_{1}^{2}},\dots ,{X_{n}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is infinitely divisible if and only if there exists an</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_020"><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>matrix U of the form</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_021"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">diag</mml:mo><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:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{diag}(\pm 1,\dots ,\pm 1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>such that</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_022"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${U^{t}}{\Sigma ^{-1}}U$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>has nonpositive off-diagonal elements.</italic></p></statement>
<p>This theorem resolved the question of infinite divisibility of Gaussian squares. For <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_023"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\ge 3$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> there is an <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_024"><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 definite matrix Σ for which there does not exist an <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_025"><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>U</italic> of the form <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_026"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">diag</mml:mo><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:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{diag}(\pm 1,\dots ,\pm 1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_027"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${U^{t}}{\Sigma ^{-1}}U$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has nonpositive off-diagonal elements. Consequently, there are zero mean Gaussian vectors <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_028"><alternatives>
<mml:math><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:mo>…</mml:mo><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">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({X_{1}},\dots ,{X_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_029"><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>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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[$({X_{1}^{2}},\dots ,{X_{n}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is not infinite divisible whenever <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_030"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\ge 3$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Eisenbaum [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_003">3</xref>] and Eisenbaum and Kaspi [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_005">5</xref>] found a connection between the condition of Griffiths and Bapat and the Green function of a Markov process. In particular, a Gaussian process has infinite divisible squares if and only if its covariance function (up to a constant function) can be associated with the Green function of a strongly symmetric transient Borel right Markov process.</p>
<p>When discussing the infinite divisibility of the Wishart distribution, [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_016">16</xref>] showed the following result.</p><statement id="j_vmsta160_stat_002"><label>Theorem 2</label>
<title>(Shanbhag).</title>
<p><italic>For any</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_031"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and any zero mean Gaussian vector</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_032"><alternatives>
<mml:math><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:mo>…</mml:mo><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">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({X_{1}},\dots ,{X_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, the two-dimensional random vector</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_033"><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>1</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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[$({X_{1}^{2}},{X_{2}^{2}}+\cdots +{X_{n}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is infinitely divisible.</italic></p></statement>
<p>Furthermore, it was found that infinite divisibility of any bivariate marginal of a centered Wishart distribution can be reduced to infinite divisibility of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_034"><alternatives>
<mml:math><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: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">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({X_{1}}{X_{2}},{X_{3}}{X_{4}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. By the polarization identity, 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_003">
<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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</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:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><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">X</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">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:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msup><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:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" 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 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>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" 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:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ ({X_{1}}{X_{2}},{X_{3}}{X_{4}})=\frac{1}{4}({({X_{1}}+{X_{2}})^{2}}-{({X_{1}}-{X_{2}})^{2}},{({X_{3}}+{X_{4}})^{2}}-{({X_{3}}-{X_{4}})^{2}}).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Consequently, infinite divisibility of any bivariate marginals of a centered Wishart distribution is again related to the question of infinite divisibility of a two-dimensional vector from the second Wiener chaos.</p>
<p><italic>Key question and contributions.</italic> The main question of the paper is: Given a zero mean Gaussian vector <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_035"><alternatives>
<mml:math><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:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</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">n</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">n</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[$({X_{1}},\dots ,{X_{{n_{1}}+{n_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_004">
<label>(2)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mtext mathvariant="italic">when is</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><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>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mtext mathvariant="italic">infinitely divisible?</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \textit{when is}\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}({X_{1}^{2}}+\cdots +{X_{{n_{1}}}^{2}},{X_{{n_{1}}+1}^{2}}+\cdots +{X_{{n_{1}}+{n_{2}}}^{2}})\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}\textit{infinitely divisible?}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The vector in (<xref rid="j_vmsta160_eq_004">2</xref>) is (<xref rid="j_vmsta160_eq_002">1</xref>) in the case <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_036"><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>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${d_{1}}=\cdots ={d_{{n_{1}}+{n_{2}}}}=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. In Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref> we give a necessary and sufficient condition for infinite divisibility of the random vector in (<xref rid="j_vmsta160_eq_004">2</xref>); namely that (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>) is satisfied for all <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_037"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k,l\in {\mathbb{N}_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Furthermore, in Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_008">4</xref> we give sufficient conditions for infinite divisibility of (<xref rid="j_vmsta160_eq_004">2</xref>) in the case <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_038"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}={n_{2}}=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, We conjecture that (<xref rid="j_vmsta160_eq_004">2</xref>) is always infinitely divisible in the case <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_039"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}={n_{2}}=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and in fact in Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_009">5</xref> we show that our necessary and sufficient condition (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>) is always satisfied for all <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_040"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k,l\in {\mathbb{N}_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> with <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_041"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k+l\le 7$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The general case of infinite divisibility of (<xref rid="j_vmsta160_eq_002">1</xref>), where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_042"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${d_{i}}=-1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for at least one <italic>i</italic>, seems to require new ideas going beyond this paper.</p>
<p>Note that if <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_043"><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>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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[$({X_{1}^{2}},\dots ,{X_{{n_{1}}+{n_{2}}}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is infinitely divisible then so is the vector in (<xref rid="j_vmsta160_eq_004">2</xref>). Thus, under the conditions in Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_001">1</xref>, (<xref rid="j_vmsta160_eq_004">2</xref>) is answered in the affirmative. However, we shall see that there are cases where the vector in (<xref rid="j_vmsta160_eq_004">2</xref>) is infinitely divisible even though <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_044"><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>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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[$({X_{1}^{2}},\dots ,{X_{{n_{1}}+{n_{2}}}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is not, see the comment after Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_008">4</xref>. Besides, based on our results we can give a short new proof of Shanbhag’s Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_002">2</xref>, see just below Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref>.</p>
<p>The paper is structured as follows. In Section <xref rid="j_vmsta160_s_002">2</xref> we introduce the required notation to state our results. The main results without proofs are presented in Section <xref rid="j_vmsta160_s_005">3</xref>. Section <xref rid="j_vmsta160_s_008">4</xref> contains two examples and a small numerical discussion. We end with Section <xref rid="j_vmsta160_s_009">5</xref> where the proofs are given.</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta160_s_002">
<label>2</label>
<title>Notation</title>
<p>In the following two subsections we will introduce the notation used for our main results on infinite divisibility of two-dimensional vectors in the second Wiener chaos (<xref rid="j_vmsta160_eq_004">2</xref>).</p>
<sec id="j_vmsta160_s_003">
<label>2.1</label>
<title>The general case <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_045"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}},{n_{2}}\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></title>
<p>Let <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_046"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}},{n_{2}}\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and consider a zero mean Gaussian vector <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_047"><alternatives>
<mml:math><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:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</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">n</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">n</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[$({X_{1}},\dots ,{X_{{n_{1}}+{n_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> with a positive definite covariance matrix Σ. For <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_048"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$a>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, let <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_049"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi><mml:mo>=</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:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Σ</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[$Q=I-{(I+a\Sigma )^{-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and write 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_005">
<label>(3)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">Q</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">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></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[\[ Q=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{Q_{11}}& {Q_{12}}\\ {} {Q_{21}}& {Q_{22}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_050"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{11}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is an <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_051"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}\times {n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_052"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{22}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is an <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_053"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{2}}\times {n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix, and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_054"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</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">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{12}}={Q_{21}^{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_055"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{21}^{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the transpose of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_056"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{21}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) is an <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_057"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}\times {n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix. Note that if <italic>λ</italic> is an eigenvalue of Σ, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_058"><alternatives>
<mml:math><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\frac{a\lambda }{1+a\lambda }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is an eigenvalue of <italic>Q</italic>. Since <italic>Q</italic> is symmetric and has positive eigenvalues, it is positive definite.</p>
<p>The following definition is a natural extension to the present setup of the terminology used by [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_001">1</xref>]. <statement id="j_vmsta160_stat_003"><label>Definition 1.</label>
<p>Let <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_059"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}},{n_{2}}\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. An <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_060"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</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 mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</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[$({n_{1}}+{n_{2}})\times ({n_{1}}+{n_{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> orthogonal matrix <italic>U</italic> is said to be an <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_061"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</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[$({n_{1}},{n_{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-signature matrix if 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_006">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">U</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">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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">U</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:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ U=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{U_{1}}& 0\\ {} 0& {U_{2}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_062"><alternatives>
<mml:math><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:math>
<tex-math><![CDATA[${U_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is an <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_063"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}\times {n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_064"><alternatives>
<mml:math><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:math>
<tex-math><![CDATA[${U_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is an <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_065"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{2}}\times {n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix, both orthogonal, and for 0’s of suitable dimensions.</p></statement></p>
</sec>
<sec id="j_vmsta160_s_004">
<label>2.2</label>
<title>The special case <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_066"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}={n_{2}}=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></title>
<p>The following notation is only used in the special case where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_067"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}={n_{2}}=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in (<xref rid="j_vmsta160_eq_004">2</xref>). Consider a <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_068"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$2\times 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> symmetric matrix <italic>A</italic>. Let <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_069"><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_vmsta160_ineq_070"><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 the eigenvectors of <italic>A</italic>, and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_071"><alternatives>
<mml:math><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:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_072"><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:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be the corresponding eigenvalues. We say that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_073"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${v_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is associated with the largest eigenvalue if <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_074"><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: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:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{i}}\ge {\lambda _{j}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_075"><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:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$j=1,2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Furthermore, whenever <italic>A</italic> is a multiple of the identity matrix, we fix <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_076"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(1,0)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to be the eigenvector associated with the largest eigenvalue.</p>
<p>Let <italic>W</italic> be a <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_077"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(2,2)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-signature matrix such that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_007">
<label>(4)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">W</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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</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="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</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:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt 10.0pt 10.0pt" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center center center center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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[\[ {W^{t}}QW=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{W_{1}^{t}}{Q_{11}}{W_{1}}& {W_{1}^{t}}{Q_{12}}{W_{2}}\\ {} {W_{2}^{t}}{Q_{21}}{W_{1}}& {W_{2}^{t}}{Q_{22}}{W_{2}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}c}{q_{11}}& 0& {q_{13}}& {q_{14}}\\ {} 0& {q_{22}}& {q_{23}}& {q_{24}}\\ {} {q_{13}}& {q_{23}}& {q_{33}}& 0\\ {} {q_{14}}& {q_{24}}& 0& {q_{44}}\end{array}\right),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_078"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</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">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${q_{11}}\ge {q_{22}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_079"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${q_{33}}\ge {q_{44}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> which exist by Lemma <xref rid="j_vmsta160_stat_015">2</xref>. Note that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_080"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</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[${q_{ij}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_081"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(i,j)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-th entry not of <italic>Q</italic> but of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_082"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W^{t}}QW$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Let <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_083"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</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">γ</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[$({\gamma _{1}},{\gamma _{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be the eigenvector of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_084"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{1}^{t}}{Q_{12}}{Q_{21}}{W_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> associated with the largest eigenvalue. If <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_085"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</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">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${q_{11}}={q_{22}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_086"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${q_{33}}={q_{44}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, any orthogonal <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_087"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_088"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> gives the desired form. In this case, we may always choose <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_089"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_090"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_091"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</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">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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[${\gamma _{1}}{q_{13}}({\gamma _{1}}{q_{13}}+{\gamma _{2}}{q_{23}})\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (see the proof of Lemma <xref rid="j_vmsta160_stat_017">3</xref>, (ii) ⇒ (iii)), and we fix this choice.</p>
<p>Write 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_008">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><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:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\Sigma ^{-1}}=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{\Sigma ^{11}}& {\Sigma ^{12}}\\ {} {\Sigma ^{21}}& {\Sigma ^{22}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_092"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Sigma ^{ij}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_093"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$2\times 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix for <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_094"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i,j=1,2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Let <italic>W</italic> be a <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_095"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(2,2)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-signature matrix such that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_009">
<label>(5)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">W</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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</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="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</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:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt 10.0pt 10.0pt" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center center center center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><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:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><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:mn>44</mml:mn></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[\[ {W^{t}}{\Sigma ^{-1}}W=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{W_{1}^{t}}{\Sigma ^{11}}{W_{1}}& {W_{1}^{t}}{\Sigma ^{12}}{W_{2}}\\ {} {W_{2}^{t}}{\Sigma ^{21}}{W_{1}}& {W_{2}^{t}}{\Sigma ^{22}}{W_{2}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}c}{\sigma _{11}}& 0& {\sigma _{13}}& {\sigma _{14}}\\ {} 0& {\sigma _{22}}& {\sigma _{23}}& {\sigma _{24}}\\ {} {\sigma _{13}}& {\sigma _{23}}& {\sigma _{33}}& 0\\ {} {\sigma _{14}}& {\sigma _{24}}& 0& {\sigma _{44}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_096"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</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">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sigma _{11}}\ge {\sigma _{22}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_097"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sigma _{33}}\ge {\sigma _{44}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> which exist by Lemma <xref rid="j_vmsta160_stat_015">2</xref>. Note that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_098"><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:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sigma _{ij}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_099"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(i,j)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-th entry not of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_100"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Sigma ^{-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> but of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_101"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W^{t}}{\Sigma ^{-1}}W$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Let <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_102"><alternatives>
<mml:math><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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</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 mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({\nu _{1}},{\nu _{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be the eigenvector of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_103"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{1}^{t}}{\Sigma ^{12}}{\Sigma ^{21}}{W_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> associated with the largest eigenvalue. If <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_104"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</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">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sigma _{11}}={\sigma _{22}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_105"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sigma _{33}}={\sigma _{44}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, any orthogonal <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_106"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_107"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> gives the desired form. In this case, we may choose <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_108"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_109"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_110"><alternatives>
<mml:math><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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[${\nu _{2}}{\sigma _{24}}({\nu _{2}}{\sigma _{24}}+{\nu _{1}}{\sigma _{14}})\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and we fix this choice.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="j_vmsta160_s_005">
<label>3</label>
<title>Main results</title>
<p>In this section we will first consider the general case <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_111"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}},{n_{2}}\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in Subsection <xref rid="j_vmsta160_s_006">3.1</xref>, and thereafter, in Subsection <xref rid="j_vmsta160_s_007">3.2</xref>, provide more specialized conditions for the case <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_112"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}={n_{2}}=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<sec id="j_vmsta160_s_006">
<label>3.1</label>
<title>The general case</title>
<p>The following result gives a necessary and sufficient condition for infinite divisibility as stated in the Key question (<xref rid="j_vmsta160_eq_004">2</xref>).</p><statement id="j_vmsta160_stat_004"><label>Theorem 3.</label>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_113"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}},{n_{2}}\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_114"><alternatives>
<mml:math><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:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</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">n</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">n</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[$({X_{1}},\dots ,{X_{{n_{1}}+{n_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>denote a zero mean Gaussian vector with a positive definite covariance matrix</italic> Σ<italic>, and let Q be defined in</italic> (<xref rid="j_vmsta160_eq_005">3</xref>)<italic>. Then</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_010">
<label>(6)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><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>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ ({X_{1}^{2}}+\cdots +{X_{{n_{1}}}^{2}},{X_{{n_{1}}+1}^{2}}+\cdots +{X_{{n_{1}}+{n_{2}}}^{2}})\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>is infinitely divisible if and only if for all</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_115"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k,m\in {\mathbb{N}_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and for all</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_116"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$a>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>sufficiently large,</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_011">
<label>(7)</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:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle><mml:mspace width="0.2222em"/></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></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:msubsup><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</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:mrow></mml:msubsup></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:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</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:mrow></mml:msubsup><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[\[\begin{aligned}{}\sum \hspace{0.2222em}& \operatorname{trace}\hspace{0.2222em}{Q_{11}^{{k_{1}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{1}}}}{Q_{21}}{Q_{11}^{{k_{2}}}}\cdots {Q_{11}^{{k_{d}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{d}}}}{Q_{21}}{Q_{11}^{{k_{d+1}}}}\\ {} & +\sum \hspace{0.2222em}\operatorname{trace}\hspace{0.2222em}{Q_{22}^{{m_{1}}}}{Q_{21}}{Q_{11}^{{k_{1}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{2}}}}\cdots {Q_{22}^{{m_{d-1}}}}{Q_{21}}{Q_{11}^{{k_{d}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{d+1}}}}\ge 0,\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>where the first sum is over all</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_117"><alternatives>
<mml:math><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">,</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:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k_{1}},\dots ,{k_{d+1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_118"><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 mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${m_{1}},\dots ,{m_{d}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>such that</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_012">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><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>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</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>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext mathvariant="italic">and</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><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:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {k_{1}}+\cdots +{k_{d+1}}+d=k\hspace{1em}\textit{and}\hspace{1em}{m_{1}}+\cdots +{m_{d}}+d=m,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>and the second sum is over all</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_119"><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 mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</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[${m_{1}},\dots ,{m_{d+1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_120"><alternatives>
<mml:math><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">,</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:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k_{1}},\dots ,{k_{d}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>such that</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_013">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><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:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</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>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext mathvariant="italic">and</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><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>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {m_{1}}+\cdots +{m_{d+1}}+d=m\hspace{1em}\textit{and}\hspace{1em}{k_{1}}+\cdots +{k_{d}}+d=k.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement>
<p>Our proof of Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref> relies on similar techniques used in the proof of Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_001">1</xref>, namely the series expansion of the Laplace transform together with an application of a result by Feller. By applying Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref> we can give a new and simple proof of Shanbhag’s result, Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_002">2</xref>, which states that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_121"><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>1</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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[$({X_{1}^{2}},{X_{2}^{2}}+\cdots +{X_{1+{n_{2}}}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is infinitely divisible.</p><statement id="j_vmsta160_stat_005"><label>Proof of Theorem 2.</label>
<p>Consider Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref> in the case <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_122"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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[${n_{1}}=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_123"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{2}}\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_124"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{11}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a positive number and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_125"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{12}}{Q_{22}^{m}}{Q_{21}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a nonnegative number for any <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_126"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. In particular, we have 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_014">
<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">trace</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</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:mrow></mml:msubsup></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">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></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[\[\begin{aligned}{}\operatorname{trace}& {Q_{11}^{{k_{1}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{1}}}}{Q_{21}}\cdots {Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{d}}}}{Q_{21}}{Q_{11}^{{k_{d+1}}}}\\ {} & ={Q_{11}^{{k_{1}}}}\cdots {Q_{11}^{{k_{d+1}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{1}}}}{Q_{21}}\cdots {Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{d}}}}{Q_{21}}\ge 0\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
for any <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_127"><alternatives>
<mml:math><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">,</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:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</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">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k_{1}},\dots ,{k_{d+1}},{m_{1}},\dots ,{m_{d}}\in {\mathbb{N}_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Consequently, the first sum in (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>) is a sum of nonnegative numbers. A similar argument gives that the other sum is nonnegative, too. We thus conclude that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_128"><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>1</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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[$({X_{1}^{2}},{X_{2}^{2}}+\cdots +{X_{1+{n_{2}}}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is infinite divisible by Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref>.  □</p></statement>
<p>Despite the fact that Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref> implies Shanbhag’s result, in general it can be difficult to check condition (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>). The following proposition yields a sufficient condition for infinite divisibility which might be more easy to check in some cases.</p><statement id="j_vmsta160_stat_006"><label>Proposition 1.</label>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_129"><alternatives>
<mml:math><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:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</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">n</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">n</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[$({X_{1}},\dots ,{X_{{n_{1}}+{n_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be a zero mean Gaussian vector with a positive definite covariance matrix</italic> Σ<italic>. Then</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_015">
<label>(8)</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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ ({X_{1}^{2}}+\cdots +{X_{{n_{1}}}^{2}},{X_{{n_{1}}+1}^{2}}+\cdots +{X_{{n_{1}}+{n_{2}}}^{2}})\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>is infinitely divisible if there exists an</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_130"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</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[$({n_{1}},{n_{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>-signature matrix U (cf. Definition</italic> <xref rid="j_vmsta160_stat_003"><italic>1</italic></xref><italic>) such that</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_131"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${U^{t}}{\Sigma ^{-1}}U$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>has nonpositive off-diagonal elements.</italic></p></statement><statement id="j_vmsta160_stat_007"><label>Proof.</label>
<p>Write <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_132"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</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: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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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:math>
<tex-math><![CDATA[$X=({X_{1}},\dots ,{X_{{n_{1}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_133"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi><mml:mo>=</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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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: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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</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[$Y=({X_{{n_{1}}+1}},\dots ,{X_{{n_{1}}+{n_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and note that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_016">
<label>(9)</label><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" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><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:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Y</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: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" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo 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: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:mo stretchy="false">‖</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:mi mathvariant="italic">Y</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:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}({X_{1}^{2}}+\cdots +{X_{{n_{1}}}^{2}},{X_{{n_{1}}+1}^{2}}+\cdots +{X_{{n_{1}}+{n_{2}}}^{2}})& =(\| X{\| ^{2}},\| Y{\| ^{2}})\\ {} & =(\| {U_{1}}X{\| ^{2}},\| {U_{2}}Y{\| ^{2}})\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
for any <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_134"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}\times {n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> orthogonal matrix <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_135"><alternatives>
<mml:math><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:math>
<tex-math><![CDATA[${U_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_136"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{2}}\times {n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> orthogonal matrix <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_137"><alternatives>
<mml:math><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:math>
<tex-math><![CDATA[${U_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Consequently, any property of the distribution of (<xref rid="j_vmsta160_eq_015">8</xref>) is invariant under transformations of the form 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_017">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><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:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><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">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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">U</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:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{U_{1}^{t}}& 0\\ {} 0& {U_{2}^{t}}\end{array}\right)\Sigma \left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{U_{1}}& 0\\ {} 0& {U_{2}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
of the covariance matrix Σ. Therefore, when there exists an <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_138"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</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[$({n_{1}},{n_{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-signature matrix <italic>U</italic> such that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_139"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${U^{t}}{\Sigma ^{-1}}U$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has nonpositive off-diagonal elements, Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_001">1</xref> ensures infinite divisibility of (<xref rid="j_vmsta160_eq_016">9</xref>).  □</p></statement>
<p>In the following subsection we will specialize our setting to obtain conditions which are easier to apply.</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta160_s_007">
<label>3.2</label>
<title>The <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_140"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}={n_{2}}=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> case</title>
<p>The following theorem provides <italic>easy to check</italic> conditions for infinite divisibility of vectors of the form <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_141"><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>1</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></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[$({X_{1}^{2}}+{X_{2}^{2}},{X_{3}^{2}}+{X_{4}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. By “easy to check” we mean that the conditions (i) and (ii) of Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_008">4</xref> can be explicitly calculated through a finite number of standard matrix operations, what is opposite to the general condition (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>).</p><statement id="j_vmsta160_stat_008"><label>Theorem 4.</label>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_142"><alternatives>
<mml:math><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">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</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>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({X_{1}},{X_{2}},{X_{3}},{X_{4}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>denote a zero mean Gaussian vector with a positive definite covariance matrix</italic> Σ<italic>, and let</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_143"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</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[${q_{ij}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_144"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\gamma _{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_145"><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:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sigma _{ij}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_146"><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>be defined as in Subsection</italic> <xref rid="j_vmsta160_s_004"><italic>2.2</italic></xref><italic>. Then the vector</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_147"><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>1</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></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[$({X_{1}^{2}}+{X_{2}^{2}},{X_{3}^{2}}+{X_{4}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is infinitely divisible if at least one of the following two conditions is satisfied:</italic> 
<list>
<list-item id="j_vmsta160_li_001">
<label>(i)</label>
<p><italic>The inequality</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_148"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</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">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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[${\gamma _{1}}{q_{13}}({\gamma _{1}}{q_{13}}+{\gamma _{2}}{q_{23}})\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>holds.</italic></p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta160_li_002">
<label>(ii)</label>
<p><italic>The inequality</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_149"><alternatives>
<mml:math><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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[${\nu _{2}}{\sigma _{24}}({\nu _{2}}{\sigma _{24}}+{\nu _{1}}{\sigma _{14}})\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>holds.</italic></p>
</list-item>
</list>
</p></statement>
<p>Example <xref rid="j_vmsta160_stat_012">2</xref>, from the next section, shows that (<xref rid="j_vmsta160_li_002">4</xref>) of Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_008">4</xref> holds in some cases where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_150"><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>1</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></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[$({X_{1}^{2}},{X_{2}^{2}},{X_{3}^{2}},{X_{4}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is not infinitely divisible, and hence it cannot be deduced from a direct application of Griffiths and Bapat’s result (Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_001">1</xref>). The following result gives some insight to the question whether infinite divisibility of the vector <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_151"><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>1</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></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[$({X_{1}^{2}}+{X_{2}^{2}},{X_{3}^{2}}+{X_{4}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> holds in general, which still remains an open problem. The result, in particular, says that the necessary and sufficient condition (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>) for infinitely divisibility is always satisfied whenever <italic>k</italic> and <italic>m</italic> are not too large. <statement id="j_vmsta160_stat_009"><label>Theorem 5.</label>
<p><italic>Consider a zero mean Gaussian vector</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_152"><alternatives>
<mml:math><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">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</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>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({X_{1}},{X_{2}},{X_{3}},{X_{4}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>with a positive definite covariance matrix</italic> Σ<italic>. Recall that</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_153"><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>1</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></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[$({X_{1}^{2}}+{X_{2}^{2}},{X_{3}^{2}}+{X_{4}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is infinitely divisible if and only if condition (</italic><xref rid="j_vmsta160_eq_011"><italic>7</italic></xref><italic>) is satisfied for all</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_154"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k,m\in {\mathbb{N}_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. We have that (</italic><xref rid="j_vmsta160_eq_011"><italic>7</italic></xref><italic>) is satisfied for any</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_155"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k,m\in {\mathbb{N}_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>for which at least one of the following inequalities holds (i):</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_156"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\le 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, (ii):</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_157"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\le 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, or (iii):</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_158"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k+m\le 7$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>.</italic></p></statement><statement id="j_vmsta160_stat_010"><label>Remark 1.</label>
<p>In the proof of Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_008">4</xref> we show that the inequality <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_159"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</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">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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[${\gamma _{1}}{q_{13}}({\gamma _{1}}{q_{13}}+{\gamma _{2}}{q_{23}})\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> holds if and only if for all integers <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_160"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$d\in {\mathbb{N}_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_161"><alternatives>
<mml:math><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">,</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:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><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="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k_{1}},\dots ,{k_{d+1}}\in {\mathbb{N}_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_162"><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 mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${m_{1}},\dots ,{m_{d}}\in {\mathbb{N}_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> we have 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_018">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</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:mrow></mml:msubsup><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[\[ \operatorname{trace}{Q_{11}^{{k_{1}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{1}}}}{Q_{21}}{Q_{11}^{{k_{1}}}}\cdots {Q_{11}^{{k_{d}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{d}}}}{Q_{21}}{Q_{11}^{{k_{d+1}}}}\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Hence, when <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_163"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</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">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\gamma _{1}}{q_{13}}({\gamma _{1}}{q_{13}}+{\gamma _{2}}{q_{23}})<0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we know that there are <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_164"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k,m\in {\mathbb{N}_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>) with <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_165"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}={n_{2}}=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> contains negative terms. It is still an open problem to decide if the positive terms will always compensate for the negative terms such that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_166"><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>1</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></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[$({X_{1}^{2}}+{X_{2}^{2}},{X_{3}^{2}}+{X_{4}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is always infinitely divisible, or this is only the case when <italic>k</italic> and <italic>m</italic> is small, e.g. <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_167"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k+m\le 7$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, cf. Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_009">5</xref>.</p></statement></p>
</sec>
</sec>
<sec id="j_vmsta160_s_008">
<label>4</label>
<title>Examples and numerics</title>
<p>We begin this section by presenting two examples treating the inequalities in Theorem <xref rid="j_vmsta160_s_007">3.2</xref> in special cases. Then we calculate the sums in (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>) numerically with <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_168"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}={n_{2}}=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for a specific value of <italic>Q</italic> for <italic>k</italic> and <italic>m</italic> less than 60.</p><statement id="j_vmsta160_stat_011"><label>Example 1.</label>
<p>Fix <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_169"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$a>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and assume that the matrix <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_170"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi><mml:mo>=</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:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Σ</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[$Q=I-{(I+a\Sigma )^{-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is of the form 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_019">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">Q</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">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</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 columnspacing="10.0pt 10.0pt 10.0pt" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center center center center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><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:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></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">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</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:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ Q=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{Q_{11}}& {Q_{12}}\\ {} {Q_{21}}& {Q_{22}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}c}{q_{1}}& 0& \varepsilon & \varepsilon \\ {} 0& {q_{2}}& \varepsilon & -\delta \\ {} \varepsilon & \varepsilon & {q_{3}}& 0\\ {} \varepsilon & -\delta & 0& {q_{4}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_171"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\delta ,\varepsilon >0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_172"><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">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${q_{1}}>{q_{2}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_173"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${q_{3}}>{q_{4}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Let <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_174"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</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">γ</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[$\gamma =({\gamma _{1}},{\gamma _{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be the eigenvector of 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_020">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {Q_{12}}{Q_{21}}=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}2{\varepsilon ^{2}}& \varepsilon (\varepsilon -\delta )\\ {} \varepsilon (\varepsilon -\delta )& {\varepsilon ^{2}}+{\delta ^{2}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
associated with the largest eigenvalue <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_175"><alternatives>
<mml:math><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:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. We will argue that the inequality in Theorem <xref rid="j_vmsta160_s_007">3.2</xref>(i), which reads 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_021">
<label>(10)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</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">γ</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">γ</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:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\gamma _{1}}({\gamma _{1}}+{\gamma _{2}})\ge 0\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
in this case, holds if and only if <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_176"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\delta \le \varepsilon $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and hence <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_177"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({X_{1}^{2}}+{X_{2}^{2}},{X_{3}^{2}}+{X_{4}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is infinitely divisible whenever <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_178"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\delta \le \varepsilon $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, cf. Theorem <xref rid="j_vmsta160_s_007">3.2</xref>(i).</p>
<p>Since <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_179"><alternatives>
<mml:math><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$-\gamma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> also is an eigenvector of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_180"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{12}}{Q_{21}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> associated with the largest eigenvalue, we assume <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_181"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\gamma _{1}}\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> without loss of generality. Assume <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_182"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\delta \le \varepsilon $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. If <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_183"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\delta =\varepsilon $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_184"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v=(1,0)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the inequality in (<xref rid="j_vmsta160_eq_021">10</xref>) holds. Assume <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_185"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\delta <\varepsilon $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Since <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_186"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the largest eigenvalue, 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_022">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><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:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">sup</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\lambda _{1}}=\underset{|\gamma |=1}{\sup }{\gamma ^{t}}{Q_{12}}{Q_{21}}\gamma \ge 2{\varepsilon ^{2}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
which implies that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_023">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><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 stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</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>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ 2{\varepsilon ^{2}}-{\lambda _{1}}\le 0\le \varepsilon (\varepsilon -\delta ).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Since <italic>γ</italic> is an eigenvector, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_187"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi><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">γ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(Q-{\lambda _{1}})\gamma =0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and we therefore have that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_024">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</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">ε</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</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 mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</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">γ</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[\[ 0=(2{\varepsilon ^{2}}-{\lambda _{1}}){\gamma _{1}}+\varepsilon (\varepsilon -\delta ){\gamma _{2}}\le \varepsilon (\varepsilon -\delta )({\gamma _{1}}+{\gamma _{2}}).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
We conclude that (<xref rid="j_vmsta160_eq_021">10</xref>) holds.</p>
<p>On the other hand, assume <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_188"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\delta >\varepsilon $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_189"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\gamma _{1}}\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Since <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_190"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the largest eigenvalue, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_191"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{1}}\ge {\delta ^{2}}+{\varepsilon ^{2}}>\delta \varepsilon +{\varepsilon ^{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and therefore 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_025">
<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: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:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</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[\[ ({\lambda _{1}}-2{\varepsilon ^{2}})>\varepsilon (\delta -\varepsilon ).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Note that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_192"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\gamma _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> cannot be zero since the off-diagonal element in <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_193"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{12}}{Q_{21}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is nonzero. We conclude that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_026">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mn>0</mml:mn><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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</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">ε</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</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">γ</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[\[ 0=({\lambda _{1}}-2{\varepsilon ^{2}}){\gamma _{1}}+\varepsilon (\delta -\varepsilon ){\gamma _{2}}>\varepsilon (\delta -\varepsilon )({\gamma _{1}}+{\gamma _{2}}).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
This implies that (<xref rid="j_vmsta160_eq_021">10</xref>) does not hold.</p></statement><statement id="j_vmsta160_stat_012"><label>Example 2.</label>
<p>Assume <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_194"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Sigma ^{-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is of the form 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_027">
<label>(11)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><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:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt 10.0pt 10.0pt" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center center center center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><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:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mtd><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:mn>4</mml:mn></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[\[ {\Sigma ^{-1}}=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{\Sigma ^{11}}& {\Sigma ^{12}}\\ {} {\Sigma ^{21}}& {\Sigma ^{22}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}c}{\sigma _{1}}& 0& -\delta & \varepsilon \\ {} 0& {\sigma _{2}}& \varepsilon & \varepsilon \\ {} -\delta & \varepsilon & {\sigma _{3}}& 0\\ {} \varepsilon & \varepsilon & 0& {\sigma _{4}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_195"><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">&gt;</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">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sigma _{1}}>{\sigma _{2}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_196"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sigma _{3}}>{\sigma _{4}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_197"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\delta ,\varepsilon >0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Let <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_198"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</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 mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\nu =({\nu _{1}},{\nu _{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be the eigenvector of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_199"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Sigma ^{12}}{\Sigma ^{21}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> associated with the largest eigenvalue. We will argue that the inequality in Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_008">4</xref>(ii) holds if and only if <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_200"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\delta \le \varepsilon $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then the same theorem implies that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_201"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({X_{1}^{2}}+{X_{2}^{2}},{X_{3}^{2}}+{X_{4}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is infinitely divisible whenever <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_202"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\delta \le \varepsilon $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. On the other hand, Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_001">1</xref> implies that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_203"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({X_{1}^{2}},{X_{2}^{2}},{X_{3}^{2}},{X_{4}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is never infinite divisible under (<xref rid="j_vmsta160_eq_027">11</xref>) since there does not exist a matrix <italic>D</italic> of the form <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_204"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{diag}(\pm 1,\pm 1,\pm 1,\pm 1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_205"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$D{\Sigma ^{-1}}D$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has nonpositive off-diagonal elements. Indeed, for any two matrices <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_206"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${D_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_207"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${D_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of the form <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_208"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{diag}(\pm 1,\pm 1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_209"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${D_{1}}{\Sigma ^{12}}{D_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has either three negative and one positive or one negative and three positive entries.</p>
<p>In the following we will see that the inequality in Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_008">4</xref>(ii), which reads <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_210"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{2}}({\nu _{1}}+{\nu _{2}})\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in this setting, holds if and only if <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_211"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\delta \le \varepsilon $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Let 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_028">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">P</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:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ P=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}0& 1\\ {} 1& 0\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_212"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{12}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be given as in Example <xref rid="j_vmsta160_stat_011">1</xref>. Then <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_213"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$P{\Sigma ^{12}}P={Q_{12}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, implying that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_214"><alternatives>
<mml:math><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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><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 mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({\nu _{2}},{\nu _{1}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the eigenvector associated with the largest eigenvalue of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_215"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{12}}{Q_{21}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. We have argued in Example <xref rid="j_vmsta160_stat_011">1</xref> that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_216"><alternatives>
<mml:math><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 mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><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>+</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 mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\nu _{2}}({\nu _{1}}+{\nu _{2}})\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> holds if and only if <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_217"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\delta \le \varepsilon $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, what is the desired conclusion.</p></statement>
<p>Now we investigate infinite divisibility of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_218"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({X_{1}^{2}}+{X_{2}^{2}},{X_{3}^{2}}+{X_{4}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> numerically. More specifically, we consider the sums in (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>) with <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_219"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}={n_{2}}=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for a specific choice of a positive definite matrix and different values of <italic>k</italic> and <italic>m</italic>. We will scale <italic>Q</italic> to have its largest eigenvalue equal to one to avoid getting too close to zero. Due to Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_008">4</xref>(i) the case where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_220"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\gamma _{1}}{q_{13}}({\gamma _{1}}{q_{13}}+{\gamma _{2}}{q_{23}})<0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (in the notation of Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_008">4</xref>) is the only case where the question on the infinite divisibility of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_221"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({X_{1}^{2}}+{X_{2}^{2}},{X_{3}^{2}}+{X_{4}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is open.</p>
<p>Let 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_029">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt 10.0pt 10.0pt" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center center center center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>0.8</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0.01</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0.01</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0.3</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0.01</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>0.01</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0.01</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0.8</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>0.01</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0.3</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ Q=\frac{1}{\lambda }\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}c}0.8& 0& 0.01& 0.01\\ {} 0& 0.3& 0.01& -0.2\\ {} 0.01& 0.01& 0.8& 0\\ {} 0.01& -0.2& 0& 0.3\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_222"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\lambda >0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is chosen such that <italic>Q</italic> has its largest eigenvalue equal to 1. Note that by Example <xref rid="j_vmsta160_stat_011">1</xref>, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_223"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</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">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\gamma _{1}}{q_{13}}({\gamma _{1}}{q_{13}}+{\gamma _{2}}{q_{23}})<0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. In the below Figure <xref rid="j_vmsta160_fig_001">1</xref> the logarithm of the sums in (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>) for <italic>k</italic> and <italic>m</italic> between 0 and 60 is plotted. It is seen that the logarithm seems stable and hence the sums in (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>) seem to remain positive in this case. A similar analysis have been done for other positive definite matrices, and we have not encountered any <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_224"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k,m\in {\mathbb{N}_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>) is negative. This, together with Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_008">4</xref>(i), leads us to the conjecture that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_225"><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>1</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></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[$({X_{1}^{2}}+{X_{2}^{2}},{X_{3}^{2}}+{X_{4}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is infinitely divisible for any zero mean Gaussian vector <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_226"><alternatives>
<mml:math><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">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</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>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({X_{1}},{X_{2}},{X_{3}},{X_{4}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<fig id="j_vmsta160_fig_001">
<label>Fig. 1.</label>
<caption>
<p>The logarithm of the sums in (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>) for <italic>k</italic> and <italic>m</italic> between 0 and 60</p>
</caption>
<graphic xlink:href="vmsta160_g001.jpg"/>
</fig>
</sec>
<sec id="j_vmsta160_s_009">
<label>5</label>
<title>Proofs</title>
<p>In this section we will prove Theorems <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref>, <xref rid="j_vmsta160_stat_008">4</xref>, and <xref rid="j_vmsta160_stat_009">5</xref>.</p>
<sec id="j_vmsta160_s_010">
<label>5.1</label>
<title>Proof of Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref></title>
<p>The following lemma will be useful in the proof of Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref>. A proof can be found in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_012">12</xref>, Lemma 13.2.2].</p><statement id="j_vmsta160_stat_013"><label>Lemma 1.</label>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_227"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\psi :{\mathbb{R}_{+}^{n}}\to (0,\infty )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be a continuous function. Suppose that, for all</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_228"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$a>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>sufficiently large,</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_229"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">log</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><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:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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">,</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\log \psi (a(1-{s_{1}}),\dots ,a(1-{s_{n}}))$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>has a power series expansion for</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_230"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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">s</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 stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><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:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$s=({s_{1}},\dots ,{s_{n}})\in {[0,1]^{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>around</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_231"><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> <italic>with all its coefficients nonnegative, except for the constant term. Then ψ is the Laplace transform of an infinitely divisible random variable in</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_232"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathbb{R}_{+}^{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>.</italic></p></statement>
<p>We now give the proof of Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref>. <statement id="j_vmsta160_stat_014"><label>Proof of Theorem 3.</label>
<p>By [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_012">12</xref>, Lemma 5.2.1], 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_030">
<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:mi mathvariant="italic">P</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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">s</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:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi><mml:mo movablelimits="false">exp</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><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:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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>+</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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 mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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 mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><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:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo>=</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">I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">a</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">S</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:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><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[\[\begin{aligned}{}& P({s_{1}},{s_{2}})\\ {} & \hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}=\mathbb{E}\exp \{-\frac{1}{2}a((1-{s_{1}})({X_{1}^{2}}+\cdots +{X_{{n_{1}}}^{2}})+(1-{s_{2}})({X_{{n_{1}}+1}^{2}}+\cdots +{X_{{n_{2}}}^{2}}))\}\\ {} & \hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}=\frac{1}{|I+\Sigma a(I-S){|^{1/2}}},\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <italic>S</italic> is the <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_233"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</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 mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</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[$({n_{1}}+{n_{2}})\times ({n_{1}}+{n_{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> diagonal matrix with <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_234"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${s_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> on the first <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_235"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> diagonal entries and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_236"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${s_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> on the remaining <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_237"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> diagonal entries. Recall that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_238"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi><mml:mo>=</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:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Σ</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[$Q=I-{(I+a\Sigma )^{-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_031">
<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">P</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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">s</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:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></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:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><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">Q</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>−</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><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">Q</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>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></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:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo 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">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}P{({s_{1}},{s_{2}})^{2}}& =|I+a\Sigma -a\Sigma S{|^{-1}}\\ {} & =|{(I-Q)^{-1}}-({(I-Q)^{-1}}-I)S{|^{-1}}\\ {} & =|I-Q||I-QS{|^{-1}},\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
from which it follows that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_032">
<label>(12)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo movablelimits="false">log</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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">s</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:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">log</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">log</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:mo 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 movablelimits="false">log</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</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">n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">trace</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">Q</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}2\log P({s_{1}},{s_{2}})& =\log |I-Q|-\log |I-QS|\\ {} & =\log |I-Q|+{\sum \limits_{n=1}^{\infty }}\frac{\operatorname{trace}\{{(QS)^{n}}\}}{n},\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where the last equality follows from [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_012">12</xref>, p. 562]. Now assume that the vector <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_239"><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>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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[$({X_{1}^{2}}+\cdots +{X_{{n_{1}}}^{2}},{X_{{n_{1}}+1}^{2}}+\cdots +{X_{{n_{1}}+{n_{2}}}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is infinitely divisible, and write 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_033">
<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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ ({X_{1}^{2}}+\cdots +{X_{{n_{1}}}^{2}},{X_{{n_{1}}+1}^{2}}+\cdots +{X_{{n_{1}}+{n_{2}}}^{2}})\stackrel{d}{=}{Y_{1}^{n}}+\cdots +{Y_{n}^{n}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_240"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{1}^{n}},\dots {Y_{n}^{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are 2-dimensional independent identically distributed stochastic vectors. Let <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_241"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{ij}^{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be the <italic>j</italic>-th component of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_242"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{i}^{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and note that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_243"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{ij}^{n}}\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> a.s. for all <italic>i</italic>, <italic>j</italic>, <italic>n</italic>. Then 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_034">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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">s</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:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi><mml:mo movablelimits="false">exp</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><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:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ P{({s_{1}},{s_{2}})^{1/n}}=\mathbb{E}\exp \{-\frac{1}{2}a((1-{s_{1}}){Y_{11}^{n}}+(1-{s_{2}}){Y_{12}^{n}})\}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
From the expression 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_035">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">exp</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><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:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">exp</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="true" 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">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \exp \{-\frac{1}{2}a((1-{s_{j}}){Y_{1j}^{n}})\}=\exp \{-\frac{1}{2}a{Y_{1j}^{n}}\}{\sum \limits_{k=0}^{\infty }}\frac{{({s_{j}}a{Y_{1j}^{n}})^{k}}}{{2^{k}}k!},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
it follows that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_244"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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">s</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[${P^{1/n}}({s_{1}},{s_{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has a power series expansion with all coefficient nonnegative. We have that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_036">
<label>(13)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">log</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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">s</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:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><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:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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">s</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:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><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[\[ \log P({s_{1}},{s_{2}})=\underset{n\to \infty }{\lim }(n({P^{1/n}}({s_{1}},{s_{2}})-1)).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Note that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_245"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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">s</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:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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">s</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:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({s_{1}},{s_{2}})\mapsto n({P^{1/n}}({s_{1}},{s_{2}})-1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and all its derivatives converge uniformly on <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_246"><alternatives>
<mml:math><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 mathvariant="normal" 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 mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$[0,1)\times [0,1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> by a Weierstrass M-test (see for example [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_015">15</xref>, Theorem 7.10]). Consequently, we may use [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_015">15</xref>, Theorem 7.17] to conclude that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_037">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>∂</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><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:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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">s</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:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><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">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>∂</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><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:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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">s</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:mn>1</mml:mn><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:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \frac{{\partial ^{\alpha +\beta }}}{\partial {s_{1}^{\alpha }}\partial {s_{2}^{\beta }}}\underset{n\to \infty }{\lim }(n({P^{1/n}}({s_{1}},{s_{2}})-1))=\underset{n\to \infty }{\lim }\frac{{\partial ^{\alpha +\beta }}}{\partial {s_{1}^{\alpha }}\partial {s_{2}^{\beta }}}(n({P^{1/n}}({s_{1}},{s_{2}})-1))\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
for any <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_247"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\alpha ,\beta \in {\mathbb{N}_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Thus, the fact that all the terms in the power series expansion of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_248"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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">s</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[${P^{1/n}}({s_{1}},{s_{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are nonnegative implies that all the terms in the power series representation of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_249"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">log</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</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">s</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[$\log P({s_{1}},{s_{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> except the constant term are nonnegative by (<xref rid="j_vmsta160_eq_036">13</xref>). By (<xref rid="j_vmsta160_eq_032">12</xref>) we conclude that any coefficient in front of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_250"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${s_{1}^{k}}{s_{2}^{m}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_251"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">trace</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">Q</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><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:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{trace}\{{(QS)^{k+m}}\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has to be nonnegative for all <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_252"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k,m\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_253"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$a>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Expanding the trace then gives that this is equivalent to nonnegativity of the sum in (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>) for all <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_254"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k,m\in {\mathbb{N}_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>On the other hand, if the sum in (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>) is nonnegative for all <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_255"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k,m\in {\mathbb{N}_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_256"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$a>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> sufficiently large, (<xref rid="j_vmsta160_eq_032">12</xref>) and Lemma <xref rid="j_vmsta160_stat_013">1</xref> imply that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_038">
<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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ ({X_{1}^{2}}+\cdots +{X_{{n_{1}}}^{2}},{X_{{n_{1}}+1}^{2}}+\cdots +{X_{{n_{1}}+{n_{2}}}^{2}})\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
is infinitely divisible.  □</p></statement></p>
</sec>
<sec id="j_vmsta160_s_011">
<label>5.2</label>
<title>Proof of Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_008">4</xref></title>
<p>We start this section with two lemmas on linear algebra. Lemma <xref rid="j_vmsta160_stat_017">3</xref> will be very useful in the proofs that make up the rest of this section.</p><statement id="j_vmsta160_stat_015"><label>Lemma 2.</label>
<p><italic>Let A be an</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_257"><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>positive definite matrix. Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_258"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}},{n_{2}}\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be such that</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_259"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</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:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}+{n_{2}}=n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and write</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_039">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">A</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">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></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[\[ A=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{A_{11}}& {A_{12}}\\ {} {A_{21}}& {A_{22}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>where</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_260"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{11}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is an</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_261"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}\times {n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>matrix,</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_262"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{22}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is an</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_263"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{2}}\times {n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>matrix, and</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_264"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</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">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{12}}={A_{21}^{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is an</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_265"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}\times {n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>matrix. Then there exists an</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_266"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</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[$({n_{1}},{n_{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>-signature matrix W such that</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_267"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W^{t}}AW$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>has the form</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_040">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><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: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:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><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:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><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:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><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:mn>22</mml:mn></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[\[ \left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{\tilde{A}_{11}}& {\tilde{A}_{12}}\\ {} {\tilde{A}_{21}}& {\tilde{A}_{22}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>where</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_268"><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:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" 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 movablelimits="false">…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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:math>
<tex-math><![CDATA[${\tilde{A}_{11}}=\operatorname{diag}({a_{1}},\dots ,{a_{{n_{1}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_269"><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:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">diag</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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: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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</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[${\tilde{A}_{22}}=\operatorname{diag}({a_{{n_{1}}+1}},\dots ,{a_{{n_{1}}+{n_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>with</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_270"><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 mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{i}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>for</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_271"><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i=1,\dots ,{n_{1}}+{n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, and where</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_272"><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:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><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:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tilde{A}_{12}}={\tilde{A}_{21}^{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. Furthermore, we may choose W such that</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_273"><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 stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{1}}\ge {a_{2}}\ge \cdots \ge {a_{{n_{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_274"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{{n_{1}}+1}}\ge {a_{{n_{1}}+2}}\ge \cdots \ge {a_{{n_{1}}+{n_{2}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>.</italic></p></statement><statement id="j_vmsta160_stat_016"><label>Proof.</label>
<p>Since <italic>A</italic> is positive definite, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_275"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{11}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_276"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{22}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are positive definite. Consequently, by the spectral theorem (see for example [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta160_ref_010">10</xref>, Corollary 6.4.7]), there exist an <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_277"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}\times {n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_278"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and an <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_279"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{2}}\times {n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_280"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, both orthogonal, such that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_281"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{1}^{t}}{A_{11}}{W_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_282"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{2}^{t}}{A_{22}}{W_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are diagonal with positive diagonal entries. Since permutation matrices are orthogonal matrices, we may assume the diagonal is ordered by size in both <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_283"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{1}^{t}}{A_{11}}{W_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_284"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{2}^{t}}{A_{22}}{W_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Consequently, letting 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_041">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">W</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">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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">W</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:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ W=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{W_{1}}& 0\\ {} 0& {W_{2}}\end{array}\right),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
implies that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_285"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W^{t}}AW$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has the right form.  □</p></statement>
<p>For a fixed eigenvector <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_286"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${v_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> we will say that the system <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_287"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$A{v_{i}}={\lambda _{i}}{v_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the system of eigenequations. The <italic>k</italic>-th equation in this system will be called the <italic>k</italic>-th eigenequation associated with <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_288"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${v_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Let <italic>A</italic> be a <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_289"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$4\times 4$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> positive definite matrix, and let <italic>W</italic> be a <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_290"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(2,2)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-signature such that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_042">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">W</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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</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="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</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:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt 10.0pt 10.0pt" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center center center center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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[\[ {W^{t}}AW=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{W_{1}^{t}}{A_{11}}{W_{1}}& {W_{1}^{t}}{A_{12}}{W_{2}}\\ {} {W_{2}^{t}}{A_{21}}{W_{1}}& {W_{2}^{t}}{A_{22}}{W_{2}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}c}{a_{11}}& 0& {a_{13}}& {a_{14}}\\ {} 0& {a_{22}}& {a_{23}}& {a_{24}}\\ {} {a_{13}}& {a_{23}}& {a_{33}}& 0\\ {} {a_{14}}& {a_{24}}& 0& {a_{44}}\end{array}\right),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_291"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{11}}\ge {a_{22}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_292"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{33}}\ge {a_{44}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> which exist by Lemma <xref rid="j_vmsta160_stat_015">2</xref>. Note that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_293"><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:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{ij}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_294"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(i,j)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-th entry not of <italic>A</italic> but of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_295"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W^{t}}AW$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Let <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_296"><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" 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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${v_{1}}=({v_{11}},{v_{21}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be the eigenvector associated with the largest eigenvalue of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_297"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{1}^{t}}{A_{12}}{A_{21}}{W_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. If <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_298"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{11}}={a_{22}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_299"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{33}}={a_{44}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, any orthogonal <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_300"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_301"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> give the desired form. In this case, we may choose <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_302"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_303"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that <inline-formula id="j_vmsta160_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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</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">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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[${v_{11}}{a_{13}}({v_{11}}{a_{13}}+{v_{21}}{a_{23}})\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and we fix this choice. Then the lemma below will play a central role in the proofs of the previously stated results. <statement id="j_vmsta160_stat_017"><label>Lemma 3.</label>
<p><italic>In the notation above, the following are equivalent.</italic> 
<list>
<list-item id="j_vmsta160_li_003">
<label>(i)</label>
<p><italic>There exists a</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_305"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(2,2)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>-signature matrix U such that</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_306"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${U^{t}}AU$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>has all entries nonnegative.</italic></p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta160_li_004">
<label>(ii)</label>
<p><italic>For any</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_307"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$d\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_308"><alternatives>
<mml:math><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">,</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:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</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">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k_{1}},\dots ,{k_{d+1}},{m_{1}},\dots {m_{d}}\in {\mathbb{N}_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_043">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></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:msubsup><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</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:mrow></mml:msubsup><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[\[ \operatorname{trace}{A_{11}^{{k_{1}}}}{A_{12}}{A_{22}^{{m_{1}}}}{A_{21}}{A_{11}^{{k_{2}}}}\cdots {A_{11}^{{k_{d}}}}{A_{12}}{A_{22}^{{m_{d}}}}{A_{21}}{A_{11}^{{k_{d+1}}}}\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta160_li_005">
<label>(iii)</label>
<p><italic>The inequality</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</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">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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[${v_{11}}{a_{13}}({v_{11}}{a_{13}}+{v_{21}}{a_{23}})\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>holds.</italic></p>
</list-item>
</list>
</p></statement><statement id="j_vmsta160_stat_018"><label>Proof.</label>
<p>(i) ⇒ (ii). Let 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_044">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">U</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">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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">U</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:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ U=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{U_{1}}& 0\\ {} 0& {U_{2}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
be such that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_310"><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:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</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">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${B_{ij}}={U_{i}^{t}}{A_{ij}}{U_{j}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has nonnegative entries for <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_311"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i,j=1,2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_045">
<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">trace</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\operatorname{trace}& {A_{11}^{{k_{0}}}}{A_{12}}{A_{22}^{{m_{1}}}}{A_{21}}{A_{11}^{{k_{1}}}}\cdots {A_{11}^{{k_{d-1}}}}{A_{12}}{A_{22}^{{m_{d}}}}{A_{21}}{A_{11}^{{k_{d}}}}\\ {} & =\operatorname{trace}{B_{11}^{{k_{0}}}}{B_{12}}{B_{22}^{{m_{1}}}}{B_{21}}{B_{11}^{{k_{1}}}}\cdots {B_{11}^{{k_{d-1}}}}{B_{12}}{B_{22}^{{m_{d}}}}{B_{21}}{B_{11}^{{k_{d}}}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
This trace is nonnegative since all matrices in the product only contain nonnegative entries.</p>
<p>(ii) ⇒ (iii). By the spectral theorem, we may write <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_312"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{1}^{t}}{A_{12}}{A_{21}}{W_{1}}=V\Lambda {V^{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> where <italic>V</italic> is a <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_313"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$2\times 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> orthogonal matrix and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_314"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo 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: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:math>
<tex-math><![CDATA[$\Lambda =\operatorname{diag}({\lambda _{1}},{\lambda _{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> with <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_315"><alternatives>
<mml:math><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 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 stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{1}}\ge {\lambda _{2}}\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Note that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_316"><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 eigenvector associated with the largest eigenvalue of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_317"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{1}^{t}}{A_{12}}{A_{21}}{W_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, is the first column of <italic>V</italic>. If <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_318"><alternatives>
<mml:math><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">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{1}}={\lambda _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_319"><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" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${v_{1}}=(1,0)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the inequality holds. If <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_320"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{11}}={a_{22}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_321"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{33}}={a_{44}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_322"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</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">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{1}^{t}}{A_{11}}{W_{1}}={A_{11}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_323"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</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">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{2}^{t}}{A_{22}}{W_{2}}={A_{22}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and choosing <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_324"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_325"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_326"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{23}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> then ensures that the inequality in (iii) holds.</p>
<p>Assume now that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_327"><alternatives>
<mml:math><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">&gt;</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:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{1}}>{\lambda _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_328"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{11}}>{a_{22}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_329"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{33}}>{a_{44}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. It follows by assumption that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_046">
<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 stretchy="false">≤</mml:mo><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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><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:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></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:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">trace</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:mn>1</mml:mn></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:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:mn>1</mml:mn></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:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><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:mn>1</mml:mn></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:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><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: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:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">trace</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:mn>1</mml:mn></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:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:mn>1</mml:mn></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:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><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:mn>1</mml:mn></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:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}0& \le \frac{1}{{a_{11}^{k}}}\frac{1}{{a_{33}^{k}}}\frac{1}{{\lambda _{1}^{k}}}\operatorname{trace}{A_{11}^{k}}{A_{12}}{A_{22}^{k}}{A_{21}}{({A_{12}}{A_{21}})^{k}}\\ {} & =\operatorname{trace}\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}1& 0\\ {} 0& {(\frac{{a_{22}}}{{a_{11}}})^{k}}\end{array}\right){W_{1}^{t}}{A_{12}}{W_{2}}\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}1& 0\\ {} 0& {(\frac{{a_{44}}}{{a_{33}}})^{k}}\end{array}\right){W_{2}^{t}}{A_{21}}{W_{1}}V\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}1& 0\\ {} 0& {(\frac{{\lambda _{1}}}{{\lambda _{2}}})^{k}}\end{array}\right){V^{t}}\\ {} & \to \operatorname{trace}\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}1& 0\\ {} 0& 0\end{array}\right){W_{1}^{t}}{A_{12}}{W_{2}}\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}1& 0\\ {} 0& 0\end{array}\right){W_{2}^{t}}{A_{21}}{W_{1}}V\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}1& 0\\ {} 0& 0\end{array}\right){V^{t}}\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
as <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_330"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. This gives the inequality in (iii) since 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_047">
<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">trace</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:mn>1</mml:mn></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:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:mn>1</mml:mn></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:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><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:mn>1</mml:mn></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:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2em"/><mml:mo>=</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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</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">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</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[\[\begin{aligned}{}& \operatorname{trace}\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}1& 0\\ {} 0& 0\end{array}\right){W_{1}^{t}}{A_{12}}{W_{2}}\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}1& 0\\ {} 0& 0\end{array}\right){W_{2}^{t}}{A_{21}}{W_{1}}V\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}1& 0\\ {} 0& 0\end{array}\right){V^{t}}\\ {} & \hspace{2em}={v_{11}}{a_{13}}({v_{11}}{a_{13}}+{v_{21}}{a_{23}}).\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>(iii) ⇒ (i). To ease the notation and without loss of generality assume that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_331"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$W=I$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. We are then pursuing two <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_332"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$2\times 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> orthogonal matrices <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_333"><alternatives>
<mml:math><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:math>
<tex-math><![CDATA[${U_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_334"><alternatives>
<mml:math><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:math>
<tex-math><![CDATA[${U_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_335"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:math>
<tex-math><![CDATA[${U_{1}^{t}}{A_{11}}{U_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_336"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:math>
<tex-math><![CDATA[${U_{1}^{t}}{A_{12}}{U_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_337"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:math>
<tex-math><![CDATA[${U_{2}^{t}}{A_{22}}{U_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> all have nonnegative entries. Initially consider <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_338"><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:math>
<tex-math><![CDATA[${D_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_339"><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> of the form <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_340"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">diag</mml:mo><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>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{diag}(\pm 1,\pm 1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then clearly, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_341"><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${D_{1}}{A_{11}}{D_{1}}={A_{11}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_342"><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${D_{2}}{A_{22}}{D_{2}}={A_{22}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> since <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_343"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{11}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_344"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{22}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are diagonal matrices. Next, note that it is possible to find <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_345"><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:math>
<tex-math><![CDATA[${D_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_346"><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> such that either <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_347"><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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[${D_{1}}{A_{12}}{D_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has all entries nonnegative or 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_048">
<label>(14)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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: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="right right"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></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[\[ {D_{1}}{A_{12}}{D_{2}}=\left(\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}r}{a_{13}}& {a_{14}}\\ {} {a_{23}}& -{a_{24}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_348"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{13}},{a_{23}},{a_{14}},{a_{24}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Consequently, we will assume <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_349"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{12}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is of the form in (<xref rid="j_vmsta160_eq_048">14</xref>) since otherwise choosing <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_350"><alternatives>
<mml:math><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>=</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:math>
<tex-math><![CDATA[${U_{1}}={D_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_351"><alternatives>
<mml:math><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>=</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[${U_{2}}={D_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> would be sufficient.</p>
<p>As one of two cases, assume <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_352"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{13}}{a_{23}}-{a_{14}}{a_{24}}\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and define 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_049">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><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>=</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">α</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></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[\[ {U_{2}}=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}\alpha \frac{{a_{14}}{a_{24}}}{{a_{23}}}& \beta {a_{23}}\\ {} \alpha {a_{14}}& -\beta {a_{24}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_353"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\alpha ,\beta >0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are chosen such that each column in <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_354"><alternatives>
<mml:math><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:math>
<tex-math><![CDATA[${U_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has norm one. Then <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_355"><alternatives>
<mml:math><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:math>
<tex-math><![CDATA[${U_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is orthogonal, 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_050">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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>=</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">α</mml:mi><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>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</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:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><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>23</mml:mn></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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></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[\[ {A_{12}}{U_{2}}=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}\alpha ({a_{14}^{2}}+\frac{{a_{13}}{a_{14}}{a_{24}}}{{a_{23}}})& \beta ({a_{13}}{a_{23}}-{a_{14}}{a_{24}})\\ {} 0& \beta ({a_{23}^{2}}+{a_{24}^{2}})\end{array}\right),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_051">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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>=</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:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</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:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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[\[ {U_{2}^{t}}{A_{22}}{U_{2}}=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{\alpha ^{2}}\left({a_{33}}{\left(\frac{{a_{14}}{a_{24}}}{{a_{23}}}\right)^{2}}+{a_{44}}{a_{14}^{2}}\right)& \alpha \beta {a_{14}}{a_{24}}({a_{33}}-{a_{44}})\\ {} \alpha \beta {a_{14}}{a_{24}}({a_{33}}-{a_{44}})& {\beta ^{2}}{a_{23}^{2}}+{\beta ^{2}}{a_{24}^{2}}\end{array}\right).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Since <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_356"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{33}}\ge {a_{44}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, all entries in <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_357"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{12}}{U_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_358"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:math>
<tex-math><![CDATA[${U_{2}^{t}}{A_{22}}{U_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are nonnegative. Choosing <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_359"><alternatives>
<mml:math><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>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${U_{1}}=I$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> then gives a pair of orthogonal matrices with the desired property.</p>
<p>Now assume <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_360"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{13}}{a_{23}}-{a_{14}}{a_{24}}<0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Note that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_361"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{12}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of the form (<xref rid="j_vmsta160_eq_048">14</xref>) cannot be singular and consequently, there exist <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_362"><alternatives>
<mml:math><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 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">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{1}}\ge {\lambda _{2}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and an orthogonal matrix <italic>V</italic> such that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_363"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{12}}{A_{21}}=V\Lambda {V^{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_364"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo 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: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:math>
<tex-math><![CDATA[$\Lambda =\operatorname{diag}({\lambda _{1}},{\lambda _{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Furthermore, since <italic>V</italic> contains the eigenvectors of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_365"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{12}}{A_{21}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> we may assume <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_366"><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> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_367"><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> have the same sign where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_368"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</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[${v_{ij}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_369"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(i,j)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-th component of <italic>V</italic>. Define 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_052">
<label>(15)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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="normal">Λ</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: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[\[ W={A_{21}}V{({\Lambda ^{1/2}})^{-1}},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and note that this is an orthogonal matrix which, together with <italic>V</italic>, decomposes <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_370"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{12}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> into its singular value decomposition, that is, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_371"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</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:math>
<tex-math><![CDATA[${V^{t}}{A_{12}}W={\Lambda ^{1/2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_053">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">V</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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array"><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: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" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</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:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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[\[ {V^{t}}{A_{11}}V=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{a_{11}}{v_{11}^{2}}+{a_{22}}{v_{21}^{2}}& {v_{11}}{v_{12}}({a_{11}}-{a_{22}})\\ {} {v_{11}}{v_{12}}({a_{11}}-{a_{22}})& {a_{11}}{v_{12}^{2}}+{a_{22}}{v_{22}^{2}}\end{array}\right).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
All entries in <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_372"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${V^{t}}{A_{11}}V$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are nonnegative since we chose <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_373"><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> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_374"><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> to have the same sign, and since <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_375"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{11}}\ge {a_{22}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>To see that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_376"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W^{t}}{A_{22}}W$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> also have all entries nonnegative, consider the first line in the eigenequations for <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_377"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{12}}{A_{21}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> associated with the eigenvector <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_378"><alternatives>
<mml:math><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>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({v_{12}},{v_{22}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the eigenvector associated with the smallest eigenvalue <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_379"><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:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_054">
<label>(16)</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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></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: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">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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>22</mml:mn></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[\[ ({a_{13}^{2}}+{a_{14}^{2}}-{\lambda _{2}}){v_{12}}+({a_{13}}{a_{23}}-{a_{14}}{a_{24}}){v_{22}}=0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Since <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_380"><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:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the smallest eigenvalue of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_381"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{12}}{A_{21}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_055">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><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>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">inf</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:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</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[\[ {\lambda _{2}}=\underset{|v|=1}{\inf }{v^{t}}{A_{12}}{A_{21}}v,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and since the off-diagonal elements in <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_382"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{12}}{A_{21}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are nonzero, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_383"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(1,0)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_384"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(0,1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> cannot be eigenvectors. Consequently, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_385"><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:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is strictly smaller than any diagonal element of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_386"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{12}}{A_{21}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and in particular <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_387"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{13}^{2}}+{a_{14}^{2}}-{\lambda _{2}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Since we also have <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_388"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{13}}{a_{23}}-{a_{14}}{a_{24}}<0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, (<xref rid="j_vmsta160_eq_054">16</xref>) gives that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_389"><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> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_390"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${v_{22}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> need to have the same sign for the sum to equal zero. Let <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_391"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</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[${w_{ij}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be the <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_392"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(i,j)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-th component of <italic>W</italic> and note that by (<xref rid="j_vmsta160_eq_052">15</xref>), 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_056">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</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">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</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">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {w_{11}}{w_{12}}=\frac{{v_{11}}{a_{13}}+{v_{21}}{a_{23}}}{{\lambda _{1}^{1/2}}}\frac{{v_{12}}{a_{13}}+{v_{22}}{a_{23}}}{{\lambda _{2}^{1/2}}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The assumption <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_393"><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</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">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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[${v_{11}}{a_{13}}({v_{11}}{a_{13}}+{v_{21}}{a_{23}})\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> implies that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_394"><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</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">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${v_{11}}{a_{13}}+{v_{21}}{a_{23}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_395"><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> have the same sign. Since <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_396"><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> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_397"><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> were chosen to have the same sign, and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_398"><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> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_399"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${v_{22}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> have the same sign, we conclude that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_400"><alternatives>
<mml:math><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>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</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">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</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">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({v_{11}}{a_{13}}+{v_{21}}{a_{23}})({v_{12}}{a_{13}}+{v_{22}}{a_{23}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is nonnegative and, therefore, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_401"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${w_{11}}{w_{12}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is nonnegative, too. Then writing 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_057">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">W</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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</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:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {W^{t}}{A_{22}}W=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{a_{33}}{w_{11}^{2}}+{a_{44}}{w_{21}^{2}}& {w_{11}}{w_{12}}({a_{33}}-{a_{44}})\\ {} {w_{11}}{w_{12}}({a_{33}}-{a_{44}})& {a_{33}}{w_{12}^{2}}+{a_{44}}{w_{22}^{2}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
makes it clear that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_402"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W^{t}}{A_{22}}W$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has nonnegative elements. Thus, letting <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_403"><alternatives>
<mml:math><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>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${U_{1}}=V$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_404"><alternatives>
<mml:math><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>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${U_{2}}=W$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> completes the proof.  □</p></statement><statement id="j_vmsta160_stat_019"><label>Corollary 1.</label>
<p><italic>Let A and</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_405"><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> <italic>be given as in Lemma</italic> <xref rid="j_vmsta160_stat_017"><italic>3</italic></xref><italic>. Then there exists a</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_406"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(2,2)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>-signature matrix U such that</italic> <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_407"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${U^{t}}AU$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>has nonpositive off-diagonal elements if and only if</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_058">
<label>(17)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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[\[ {v_{21}}{a_{24}}({v_{21}}{a_{24}}+{v_{11}}{a_{14}})\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement><statement id="j_vmsta160_stat_020"><label>Proof.</label>
<p>Let <italic>W</italic> be defined as in Lemma <xref rid="j_vmsta160_stat_017">3</xref>. Define 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_059">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>and</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">P</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">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</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[\[ {P_{1}}=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}0& 1\\ {} 1& 0\end{array}\right)\hspace{1em}\text{and}\hspace{2.5pt}\hspace{1em}P=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{P_{1}}& 0\\ {} 0& {P_{1}}\end{array}\right).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Then <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_408"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</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>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${P_{1}}{v_{1}}=({v_{21}},{v_{11}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the eigenvector of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_409"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${P_{1}}{W_{1}^{t}}{A_{12}}{A_{21}}{W_{1}}{P_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> associated with the largest eigenvalue. Let 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_060">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><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>=</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:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</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">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</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:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt 10.0pt 10.0pt" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center center center center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</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[\[ \tilde{A}=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{W_{1}^{t}}{A_{11}}{W_{1}}& {P_{1}}{W_{1}^{t}}{A_{12}}{W_{2}}{P_{1}}\\ {} {P_{1}}{W_{2}^{t}}{A_{21}}{W_{1}}{P_{1}}& {W_{2}^{t}}{A_{22}}{W_{2}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}c}{a_{11}}& 0& {a_{24}}& {a_{23}}\\ {} 0& {a_{22}}& {a_{14}}& {a_{13}}\\ {} {a_{24}}& {a_{14}}& {a_{33}}& 0\\ {} {a_{23}}& {a_{13}}& 0& {a_{44}}\end{array}\right).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
By Lemma <xref rid="j_vmsta160_stat_017">3</xref>, there exists a <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_410"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(2,2)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-signature matrix 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_061">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><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:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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[\[ \tilde{U}=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{\tilde{U}_{1}}& 0\\ {} 0& {\tilde{U}_{2}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
such that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_411"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></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:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tilde{U}^{t}}\tilde{A}\tilde{U}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has nonnegative entries if and only if <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_412"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${v_{21}}{a_{24}}({v_{21}}{a_{24}}+{v_{11}}{a_{14}})\ge \hspace{2.5pt}0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Define now the <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_413"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(2,2)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-signature matrix <italic>U</italic> as 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_062">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">U</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">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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">U</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: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:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</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[\[ U=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{U_{1}}& 0\\ {} 0& {U_{2}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}-{W_{1}}{P_{1}}{\tilde{U}_{1}}& 0\\ {} 0& {W_{2}}{P_{1}}{\tilde{U}_{2}}\end{array}\right).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Let <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_414"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></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[${\tilde{u}_{ij}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be the <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_415"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(i,j)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-th component of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_416"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tilde{U}_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Since <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_417"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tilde{U}_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is orthogonal, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_418"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tilde{u}_{12}}{\tilde{u}_{22}}=-{\tilde{u}_{11}}{\tilde{u}_{21}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> implying that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_063">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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>=</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="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</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:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></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[\[ {U_{1}^{t}}{A_{11}}{U_{1}}=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{\tilde{u}_{11}^{2}}{a_{22}}+{\tilde{u}_{21}^{2}}{a_{11}}& {\tilde{u}_{11}}{\tilde{u}_{12}}({a_{22}}-{a_{11}})\\ {} {\tilde{u}_{11}}{\tilde{u}_{12}}({a_{22}}-{a_{11}})& {\tilde{u}_{12}^{2}}{a_{22}}+{\tilde{u}_{22}^{2}}{a_{11}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_064">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</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:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</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">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</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[\[ {\tilde{U}_{1}^{t}}{W_{1}^{t}}{A_{11}}{W_{1}}{\tilde{U}_{1}}=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{\tilde{u}_{11}^{2}}{a_{11}}+{\tilde{u}_{21}^{2}}{a_{22}}& {\tilde{u}_{11}}{\tilde{u}_{12}}({a_{11}}-{a_{22}})\\ {} {\tilde{u}_{11}}{\tilde{u}_{12}}({a_{11}}-{a_{22}})& {\tilde{u}_{12}^{2}}{a_{11}}+{\tilde{u}_{22}^{2}}{a_{22}}\end{array}\right).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Consequently <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_419"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tilde{U}_{1}^{t}}{W_{1}^{t}}{A_{11}}{W_{1}}{\tilde{U}_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has nonnegative elements if and only if <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_420"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:math>
<tex-math><![CDATA[${U_{1}^{t}}{A_{11}}{U_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has nonpositive off-diagonal elements. Similarly, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_421"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tilde{U}_{2}^{t}}{W_{2}^{t}}{A_{22}}{W_{2}}{\tilde{U}_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has nonnegative elements if and only if <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_422"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:math>
<tex-math><![CDATA[${U_{2}^{t}}{A_{22}}{U_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has nonpositive off-diagonal elements by a similar argument. Finally we note that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_065">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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>=</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {U_{1}^{t}}{A_{12}}{U_{2}}=-{\tilde{U}_{1}^{t}}{P_{1}}{W_{1}^{t}}{A_{12}}{W_{2}}{P_{1}}{\tilde{U}_{2}},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and it follows that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_423"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${U^{t}}AU$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has nonpositive off-diagonal elements if and only if 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_066">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>and,</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\tilde{U}_{1}^{t}}{P_{1}}{W_{1}^{t}}{A_{12}}{W_{2}}{P_{1}}{\tilde{U}_{2}},\hspace{1em}{\tilde{U}_{1}^{t}}{W_{1}^{t}}{A_{11}}{W_{1}}{\tilde{U}_{1}}\hspace{1em}\text{and,}\hspace{1em}{\tilde{U}_{2}^{t}}{W_{2}}{A_{22}}{W_{2}}{\tilde{U}_{2}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
have all entries nonnegative. We conclude that we can find a <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_424"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(2,2)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-signature matrix <italic>U</italic> such that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_425"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${U^{t}}AU$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has nonpositive off-diagonal element if and only if (<xref rid="j_vmsta160_eq_058">17</xref>) holds.  □</p></statement><statement id="j_vmsta160_stat_021"><label>Proof of Theorem 4.</label>
<p>To prove (i) set <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_426"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi><mml:mo>=</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:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Σ</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[$Q=I-{(I-a\Sigma )^{-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for sufficiently large <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_427"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$a>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The implication (iii)⇒ (ii) of Lemma <xref rid="j_vmsta160_stat_017">3</xref> used on <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_428"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$A=Q$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, together with Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref>, show that (i) implies infinite divisibility of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_429"><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>1</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></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[$({X_{1}^{2}}+{X_{2}^{2}},{X_{3}^{2}}+{X_{4}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. To prove (ii) we use Corollary <xref rid="j_vmsta160_stat_019">1</xref> on <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_430"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$A={\Sigma ^{-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, which together with Proposition <xref rid="j_vmsta160_stat_006">1</xref>, show that (ii) implies infinite divisibility of <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_431"><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>1</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></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[$({X_{1}^{2}}+{X_{2}^{2}},{X_{3}^{2}}+{X_{4}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.  □</p></statement></p>
</sec>
<sec id="j_vmsta160_s_012">
<label>5.3</label>
<title>Proof of Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_009">5</xref></title>
<p>Now we set out to show that the sum in Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref> is nonnegative for <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_432"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k,m\in {\mathbb{N}_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_433"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\le 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_434"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\le 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, or <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_435"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k+m\le 7$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in the case <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_436"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</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">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${n_{1}}={n_{2}}=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. To this end, consider a <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_437"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$4\times 4$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> positive definite matrix <italic>Q</italic> and write 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_067">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">Q</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">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></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[\[ Q=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{Q_{11}}& {Q_{12}}\\ {} {Q_{21}}& {Q_{22}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_438"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</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[${Q_{ij}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_439"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$2\times 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> matrix for <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_440"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i,j=1,2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Let <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_441"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_442"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be two <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_443"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$2\times 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> orthogonal matrices and define <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_444"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</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>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</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">Q</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">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${P_{ij}}={W_{i}}{Q_{ij}}{W_{j}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_068">
<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:mtd class="align-even"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</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:mrow></mml:msubsup></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">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</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:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& \operatorname{trace}{Q_{11}^{{k_{1}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{1}}}}{Q_{21}}\cdots {Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{d}}}}{Q_{21}}{Q_{11}^{{k_{d+1}}}}\\ {} & \hspace{1em}=\operatorname{trace}{P_{11}^{{k_{1}}}}{P_{12}}{P_{22}^{{m_{1}}}}{P_{21}}\cdots {P_{12}}{P_{22}^{{m_{d}}}}{P_{21}}{P_{11}^{{k_{d+1}}}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Consequently (see Lemma <xref rid="j_vmsta160_stat_015">2</xref>), we may assume, without loss of generality, that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_445"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{11}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_446"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{22}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are diagonal with the first diagonal element greater than or equal to the other and all entries nonnegative.</p>
<p>There exist <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_447"><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:math>
<tex-math><![CDATA[${D_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_448"><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> of the form <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_449"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">diag</mml:mo><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>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{diag}(\pm 1,\pm 1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that either <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_450"><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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[${D_{1}}{Q_{12}}{D_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has all entries nonnegative or such that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_069">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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: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">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></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[\[ {D_{1}}{Q_{12}}{D_{2}}=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{q_{13}}& {q_{23}}\\ {} {q_{14}}& -{q_{24}}\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_451"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${q_{13}},{q_{23}},{q_{14}},{q_{24}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. If <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_452"><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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[${D_{1}}{Q_{12}}{D_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has all entries nonnegative, writing as in (<xref rid="j_vmsta160_eq_068">18</xref>) with <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_453"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${W_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> replaced by <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_454"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${D_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> implies nonnegativity of each individual trace. We conclude that we may assume 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_070">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt 10.0pt 10.0pt" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center center center center"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><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:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</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 mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ Q=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}c}{\lambda _{1}}& 0& {q_{13}}& {q_{14}}\\ {} 0& {\lambda _{2}}& {q_{23}}& -{q_{24}}\\ {} {q_{13}}& {q_{23}}& {\lambda _{3}}& 0\\ {} {q_{14}}& -{q_{24}}& 0& {\lambda _{4}}\end{array}\right),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_455"><alternatives>
<mml:math><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 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 stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{1}}\ge {\lambda _{2}}\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_456"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{3}}\ge {\lambda _{4}}\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_457"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${q_{13}},{q_{23}},{q_{14}},{q_{24}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, without loss of generality.</p>
<p>We now write out the traces in (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>) for specific values of <italic>k</italic> and <italic>m</italic> and show nonnegativity in each case.</p>
<sec id="j_vmsta160_s_013">
<title><inline-formula id="j_vmsta160_ineq_458"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_459"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></title>
<p>Assume <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_460"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and fix some <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_461"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then the terms in the sum in Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref> reduce to <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_462"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{trace}{Q_{22}^{m}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Since <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_463"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{22}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive definite, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_464"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{22}^{m}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive definite. Consequently, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_465"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{trace}{Q_{22}^{m}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Similarly, when <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_466"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_467"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the terms in the sum in Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref> reduce to <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_468"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{trace}{Q_{11}^{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, which again is positive since <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_469"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{11}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive definite.</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta160_s_014">
<title><inline-formula id="j_vmsta160_ineq_470"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_471"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></title>
<p>Assume <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_472"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and fix some <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_473"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>) reduces to 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_071">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</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: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:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{trace}{Q_{12}}{Q_{22}^{m}}{Q_{21}}+{\sum \limits_{{m_{1}}=0}^{m-1}}\operatorname{trace}{Q_{22}^{{m_{1}}}}{Q_{21}}{Q_{12}}{Q_{22}^{m-1-{m_{1}}}},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
which equals 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_072">
<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="italic">m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ (m+1)\operatorname{trace}{Q_{12}}{Q_{22}^{m}}{Q_{21}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Since <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_474"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</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">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{12}}={Q_{21}^{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_475"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{22}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive definite, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_476"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{12}}{Q_{22}^{m}}{Q_{21}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive semidefinite. We conclude that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_477"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{trace}{Q_{12}}{Q_{22}^{m}}{Q_{21}}\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Assume <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_478"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and fix some <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_479"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Similar to above, (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>) reduces to 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_073">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</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: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>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><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:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{trace}{Q_{21}}{Q_{11}^{k}}{Q_{12}}+{\sum \limits_{{k_{1}}=0}^{k-1}}\operatorname{trace}{Q_{11}^{{k_{1}}}}{Q_{12}}{Q_{21}}{Q_{11}^{k-1-{k_{1}}}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Nonnegativity of this trace follows by arguments similar to those above.</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta160_s_015">
<title><inline-formula id="j_vmsta160_ineq_480"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_481"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></title>
<p>Assume that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_482"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and let <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_483"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The case <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_484"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is discussed above. Assume <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_485"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\ge 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then (<xref rid="j_vmsta160_eq_011">7</xref>) reduces to 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_074">
<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">trace</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><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:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup></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:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><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:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><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:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& \operatorname{trace}{Q_{11}}{Q_{12}}{Q_{22}^{m-1}}{Q_{21}}\\ {} & +\sum \limits_{{m_{1}}+{m_{2}}+1=m}\operatorname{trace}{Q_{22}^{{m_{1}}}}{Q_{21}}{Q_{11}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{2}}}}\\ {} & +\sum \limits_{{m_{1}}+{m_{2}}+2=m}\operatorname{trace}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{1}}}}{Q_{21}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{2}}}}{Q_{21}}\\ {} & +\sum \limits_{{m_{1}}+{m_{2}}+{m_{3}}+2=m}\operatorname{trace}{Q_{22}^{{m_{1}}}}{Q_{21}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{2}}}}{Q_{21}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{3}}}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
All the traces above are nonnegative. To see this, consider for example 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_075">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{trace}{Q_{22}^{{m_{1}}}}{Q_{21}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{2}}}}{Q_{21}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{3}}}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
for some <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_486"><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 mathvariant="normal">,</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">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${m_{1}},{m_{2}},{m_{3}}\in {\mathbb{N}_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Since <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_487"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{22}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive definite it has a unique positive definite square root <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_488"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></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:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{22}^{1/2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. We conclude that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_076">
<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:mtd class="align-even"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& \operatorname{trace}{Q_{22}^{{m_{1}}}}{Q_{21}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{2}}}}{Q_{21}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{3}}}}\\ {} & =\operatorname{trace}{Q_{22}^{({m_{1}}+{m_{3}})/2}}{Q_{21}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{2}}}}{Q_{21}}{Q_{12}}{Q_{22}^{({m_{1}}+{m_{3}})/2}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Note that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_077">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</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">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><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:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {Q_{22}^{({m_{1}}+{m_{3}})/2}}{Q_{21}}{Q_{12}}={({Q_{21}}{Q_{12}}{Q_{22}^{({m_{1}}+{m_{3}})/2}})^{t}},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
which implies that (<xref rid="j_vmsta160_eq_076">19</xref>) is the trace of a positive semidefinite matrix and therefore nonnegative.</p>
<p>Nonnegativity of the traces when <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_489"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_490"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> follows by symmetry.</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta160_s_016">
<title><inline-formula id="j_vmsta160_ineq_491"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=3$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_492"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m=3$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></title>
<p>In the following we will need to expand traces, and we therefore note that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_078">
<label>(20)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></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">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></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">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></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">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{trace}\hspace{2.5pt}{Q_{11}^{k}}{Q_{12}}{Q_{22}^{m}}{Q_{21}}={\lambda _{1}^{k}}{\lambda _{3}^{m}}{q_{13}^{2}}+{\lambda _{1}^{k}}{\lambda _{4}^{m}}{q_{14}^{2}}+{\lambda _{2}^{k}}{\lambda _{3}^{m}}{q_{23}^{2}}+{\lambda _{2}^{k}}{\lambda _{4}^{m}}{q_{24}^{2}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
for any <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_493"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k,m\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_079">
<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:mo movablelimits="false">trace</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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>+</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:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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>+</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:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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>+</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:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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>+</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:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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>+</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:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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>+</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:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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 mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\operatorname{trace}& \hspace{2.5pt}{Q_{11}^{{k_{1}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{1}}}}{Q_{21}}{Q_{11}^{{k_{2}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{2}}}}{Q_{21}}\\ {} & ={\lambda _{1}^{{k_{1}}+{k_{2}}}}{\lambda _{3}^{{m_{1}}+{m_{2}}}}{q_{13}^{4}}+{\lambda _{1}^{{k_{1}}+{k_{2}}}}{\lambda _{4}^{{m_{1}}+{m_{2}}}}{q_{14}^{4}}\\ {} & \hspace{1em}+{\lambda _{2}^{{k_{1}}+{k_{2}}}}{\lambda _{3}^{{m_{1}}+{m_{2}}}}{q_{23}^{4}}+{\lambda _{2}^{{k_{1}}+{k_{2}}}}{\lambda _{4}^{{m_{1}}+{m_{2}}}}{q_{24}^{4}}\\ {} & \hspace{1em}+{\lambda _{1}^{{k_{1}}+{k_{2}}}}({\lambda _{3}^{{m_{1}}}}{\lambda _{4}^{{m_{2}}}}+{\lambda _{4}^{{m_{1}}}}{\lambda _{3}^{{m_{2}}}}){q_{13}^{2}}{q_{14}^{2}}\\ {} & \hspace{1em}+{\lambda _{2}^{{k_{1}}+{k_{2}}}}({\lambda _{3}^{{m_{1}}}}{\lambda _{4}^{{m_{2}}}}+{\lambda _{3}^{{m_{2}}}}{\lambda _{4}^{{m_{1}}}}){q_{23}^{2}}{q_{24}^{2}}\\ {} & \hspace{1em}+{\lambda _{3}^{{m_{1}}+{m_{2}}}}({\lambda _{1}^{{k_{1}}}}{\lambda _{2}^{{k_{2}}}}+{\lambda _{1}^{{k_{2}}}}{\lambda _{2}^{{k_{1}}}}){q_{13}^{2}}{q_{23}^{2}}\\ {} & \hspace{1em}+{\lambda _{4}^{{m_{1}}+{m_{2}}}}({\lambda _{1}^{{k_{1}}}}{\lambda _{2}^{{k_{2}}}}+{\lambda _{1}^{{k_{2}}}}{\lambda _{2}^{{k_{1}}}}){q_{14}^{2}}{q_{24}^{2}}\\ {} & \hspace{1em}-({\lambda _{1}^{{k_{1}}}}{\lambda _{2}^{{k_{2}}}}+{\lambda _{1}^{{k_{2}}}}{\lambda _{2}^{{k_{1}}}})({\lambda _{3}^{{m_{1}}}}{\lambda _{4}^{{m_{2}}}}+{\lambda _{3}^{{m_{2}}}}{\lambda _{4}^{{m_{1}}}}){q_{13}}{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
for any <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_494"><alternatives>
<mml:math><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">,</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: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">,</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:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k_{1}},{k_{2}},{m_{1}},{m_{2}}\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Assume now <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_495"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=3$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_496"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m=3$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and consider the sum in Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref>. The sum contains all terms of the form 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_080">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></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:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{trace}{Q_{11}^{{k_{1}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{2}}{Q_{21}}{Q_{11}^{{k_{2}}}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_497"><alternatives>
<mml:math><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>+</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>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k_{1}}+{k_{2}}=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_081">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{trace}{Q_{22}^{{m_{1}}}}{Q_{21}}{Q_{11}^{2}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{2}}}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_498"><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:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${m_{1}}+{m_{2}}=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. All these traces equal 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_082">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{trace}{Q_{11}^{2}}{Q_{12}}{Q_{22}^{2}}{Q_{21}},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and there are alltogether 6 of these terms. Next, the sum in Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref> also contains all terms of the form 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_083">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{trace}{Q_{11}^{{k_{1}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{1}}}}{Q_{21}}{Q_{11}^{{k_{2}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{2}}}}{Q_{21}}{Q_{11}^{{k_{3}}}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_499"><alternatives>
<mml:math><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>+</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>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k_{1}}+{k_{2}}+{k_{3}}=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_500"><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:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${m_{1}}+{m_{2}}=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_084">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{trace}{Q_{22}^{{m_{1}}}}{Q_{21}}{Q_{11}^{{k_{1}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{2}}}}{Q_{21}}{Q_{11}^{{k_{2}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{3}}}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_501"><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:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${m_{1}}+{m_{2}}+{m_{3}}=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_502"><alternatives>
<mml:math><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>+</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>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k_{1}}+{k_{2}}=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Using both that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_503"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{trace}AB=\operatorname{trace}BA$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_504"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{trace}{A^{t}}=\operatorname{trace}A$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for any two square matrices <italic>A</italic> and <italic>B</italic> of the same dimensions we get that all these traces share the common trace 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_085">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{trace}{Q_{11}}{Q_{12}}{Q_{21}}{Q_{12}}{Q_{22}}{Q_{21}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Alltogether there are 12 of these terms. Finally, the sum in Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref> contains the two terms 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_086">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>and</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{trace}{({Q_{12}}{Q_{21}})^{3}}\hspace{1em}\text{and}\hspace{1em}\operatorname{trace}{({Q_{21}}{Q_{12}})^{3}},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
which share a common trace. We conclude that the sum in Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref> reads 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_087">
<label>(22)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{trace}\hspace{2.5pt}\{6{Q_{11}^{2}}{Q_{12}}{Q_{22}^{2}}{Q_{21}}+12{Q_{11}}{Q_{12}}{Q_{21}}{Q_{12}}{Q_{22}}{Q_{21}}+2{({Q_{12}}{Q_{21}})^{3}}\}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Since <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_505"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</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">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{12}}={Q_{21}^{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the matrix <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_506"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Q_{12}}{Q_{21}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is positive semidefinite and consequently, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_507"><alternatives>
<mml:math><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\operatorname{trace}{({Q_{12}}{Q_{21}})^{3}}\ge \hspace{2.5pt}0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Furthermore, we have 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_088">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></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[\[ \operatorname{trace}\hspace{2.5pt}{Q_{11}^{2}}{Q_{12}}{Q_{22}^{2}}{Q_{21}}=\operatorname{trace}\hspace{2.5pt}{Q_{11}}{Q_{12}}{Q_{22}^{2}}{Q_{21}}{Q_{11}}\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Contrarily, there exists a positive definite matrix <italic>Q</italic> such that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_089">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{trace}{Q_{11}}{Q_{12}}{Q_{21}}{Q_{12}}{Q_{22}}{Q_{21}}<0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
(To see this, consider <italic>Q</italic> of the form in Example <xref rid="j_vmsta160_stat_011">1</xref> with <italic>ε</italic> small and <italic>δ</italic> large relative to <italic>ε</italic>.) We will now argue that despite this, (<xref rid="j_vmsta160_eq_087">22</xref>) remains nonnegative. Initially we note that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_090">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></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">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></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">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {Q_{11}^{{k_{i}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{i}}}}{Q_{21}}=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{\lambda _{1}^{{k_{i}}}}({\lambda _{3}^{{m_{i}}}}{q_{13}^{2}}+{\lambda _{4}^{{m_{i}}}}{q_{14}^{2}})& {\lambda _{1}^{{k_{i}}}}({\lambda _{3}^{{m_{i}}}}{q_{13}}{q_{23}}-{\lambda _{4}^{{m_{i}}}}{q_{14}}{q_{24}})\\ {} {\lambda _{2}^{{k_{i}}}}({\lambda _{3}^{{m_{i}}}}{q_{13}}{q_{23}}-{\lambda _{4}^{{m_{i}}}}{q_{14}}{q_{24}})& {\lambda _{2}^{{k_{i}}}}({\lambda _{3}^{{m_{i}}}}{q_{23}^{2}}+{\lambda _{4}^{{m_{i}}}}{q_{24}^{2}})\end{array}\right)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_091">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></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">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></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">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></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[\[ {Q_{22}^{{m_{i}}}}{Q_{21}}{Q_{11}^{{k_{i}}}}{Q_{12}}=\left(\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}{\lambda _{3}^{{m_{i}}}}({\lambda _{1}^{{k_{i}}}}{q_{13}^{2}}+{\lambda _{2}^{{k_{i}}}}{q_{23}^{2}})& {\lambda _{3}^{{m_{i}}}}({\lambda _{1}^{{k_{i}}}}{q_{13}}{q_{14}}-{\lambda _{2}^{{k_{i}}}}{q_{23}}{q_{24}})\\ {} {\lambda _{4}^{{m_{i}}}}({\lambda _{1}^{{k_{i}}}}{q_{13}}{q_{14}}-{\lambda _{2}^{{k_{i}}}}{q_{23}}{q_{24}})& {\lambda _{4}^{{m_{i}}}}({\lambda _{1}^{{k_{i}}}}{q_{14}^{2}}+{\lambda _{2}^{{k_{i}}}}{q_{24}^{2}})\end{array}\right).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Since <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_508"><alternatives>
<mml:math><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 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:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{1}}\ge {\lambda _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_509"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{3}}\ge {\lambda _{4}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we see that if <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_510"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${q_{13}}{q_{14}}\ge {q_{23}}{q_{24}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_511"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${q_{13}}{q_{23}}\ge {q_{14}}{q_{24}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then one of two matrices above have only nonnegative entrances for any <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_512"><alternatives>
<mml:math><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:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</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="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k_{i}},{m_{i}}\in {\mathbb{N}_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Consequently, 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_092">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><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:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></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:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \operatorname{trace}{Q_{11}^{{k_{1}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{1}}}}{Q_{21}}{Q_{11}^{{k_{2}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{2}}}}{Q_{21}}=\operatorname{trace}{Q_{22}^{{m_{1}}}}{Q_{21}}{Q_{11}^{{k_{1}}}}{Q_{12}}{Q_{22}^{{m_{2}}}}{Q_{21}}{Q_{11}^{{k_{2}}}}{Q_{12}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
would be nonnegative if this was the case. Especially, we would have 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_093">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></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[\[ \operatorname{trace}{Q_{11}}{Q_{12}}{Q_{21}}{Q_{12}}{Q_{22}}{Q_{21}}\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Assume now that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_513"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${q_{13}}{q_{14}}\le {q_{23}}{q_{24}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_514"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${q_{13}}{q_{23}}\le {q_{14}}{q_{24}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. By (<xref rid="j_vmsta160_eq_078">20</xref>) and (<xref rid="j_vmsta160_eq_079">21</xref>), 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_094">
<label>(23)</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">trace</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></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:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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: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">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</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:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></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: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">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</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:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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:mn>3</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:mn>1</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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></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:mn>4</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:mn>1</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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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 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">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: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>3</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:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\operatorname{trace}& \hspace{2.5pt}\{\frac{1}{2}{Q_{11}^{2}}{Q_{12}}{Q_{22}^{2}}{Q_{21}}+{Q_{11}}{Q_{12}}{Q_{22}}{Q_{21}}{Q_{12}}{Q_{21}}\}\\ {} & =\frac{1}{2}{\lambda _{1}^{2}}{\lambda _{3}^{2}}{q_{13}^{2}}+\frac{1}{2}{\lambda _{1}^{2}}{\lambda _{4}^{2}}{q_{14}^{2}}+\frac{1}{2}{\lambda _{2}^{2}}{\lambda _{3}^{2}}{q_{23}^{2}}+\frac{1}{2}{\lambda _{2}^{2}}{\lambda _{4}^{2}}{q_{24}^{2}}\\ {} & \hspace{1em}+{\lambda _{1}}{\lambda _{3}}{q_{13}^{4}}+{\lambda _{1}}{\lambda _{4}}{q_{14}^{4}}+{\lambda _{2}}{\lambda _{3}}{q_{23}^{4}}+{\lambda _{2}}{\lambda _{4}}{q_{24}^{4}}\\ {} & \hspace{1em}+{\lambda _{1}}({\lambda _{3}}+{\lambda _{4}}){q_{13}^{2}}{q_{14}^{2}}+{\lambda _{2}}({\lambda _{3}}+{\lambda _{4}}){q_{23}^{2}}{q_{24}^{2}}\\ {} & \hspace{1em}+{\lambda _{3}}({\lambda _{1}}+{\lambda _{2}}){q_{13}^{2}}{q_{23}^{2}}+{\lambda _{4}}({\lambda _{1}}+{\lambda _{2}}){q_{14}^{2}}{q_{24}^{2}}\\ {} & \hspace{1em}-({\lambda _{1}}+{\lambda _{2}})({\lambda _{3}}+{\lambda _{4}}){q_{13}}{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
We are going to bound the term <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_515"><alternatives>
<mml:math><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">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: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>3</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:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({\lambda _{1}}+{\lambda _{2}})({\lambda _{3}}+{\lambda _{4}}){q_{13}}{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> by the positive terms to show nonnegativity of this trace. We recall that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_516"><alternatives>
<mml:math><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 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">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{1}}\ge {\lambda _{2}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_517"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{3}}\ge {\lambda _{4}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Initially, note that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_095">
<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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\lambda _{2}}{\lambda _{3}}{q_{13}}{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}& \le {\lambda _{2}}{\lambda _{3}}{q_{13}^{2}}{q_{23}^{2}}\\ {} {\lambda _{2}}{\lambda _{4}}{q_{13}}{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}& \le {\lambda _{1}}{\lambda _{4}}{q_{13}^{2}}{q_{14}^{2}}\\ {} {\lambda _{1}}{\lambda _{4}}{q_{13}}{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}& \le {\lambda _{1}}{\lambda _{3}}{q_{13}^{2}}{q_{14}^{2}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
This leaves only <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_518"><alternatives>
<mml:math><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{1}}{\lambda _{3}}{q_{13}}{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to be bounded. If <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_519"><alternatives>
<mml:math><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{1}}{\lambda _{3}}{q_{13}}{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}\le \frac{1}{2}{\lambda _{1}^{2}}{\lambda _{3}^{2}}{q_{13}^{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we have a bounding term in (<xref rid="j_vmsta160_eq_094">23</xref>). Therefore, assume <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_520"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$2{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}\ge {\lambda _{1}}{\lambda _{3}}{q_{13}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Since <italic>Q</italic> was assumed positive definite, <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_521"><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{2}}{\lambda _{4}}\ge {q_{24}^{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Consequently, 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_096">
<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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" 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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\lambda _{1}}{\lambda _{3}}{q_{13}}{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}& \le 2{q_{23}^{2}}{q_{14}^{2}}{q_{24}^{2}}\\ {} & \le 2{\lambda _{2}}{\lambda _{4}}{q_{23}^{2}}{q_{13}^{2}}\\ {} & \le {\lambda _{2}}{\lambda _{4}}({q_{23}^{4}}+{q_{13}^{4}})\\ {} & \le {\lambda _{2}}{\lambda _{3}}{q_{23}^{4}}+{\lambda _{1}}{\lambda _{3}}{q_{13}^{4}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
We conclude that (<xref rid="j_vmsta160_eq_094">23</xref>) and hence (<xref rid="j_vmsta160_eq_087">22</xref>) is nonnegative.</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta160_s_017">
<title><inline-formula id="j_vmsta160_ineq_522"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k+m=7$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></title>
<p>Now consider <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_523"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k,m\in \mathbb{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_524"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k+m=7$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Whenever <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_525"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><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:math>
<tex-math><![CDATA[$k,m=1,2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we already know that the sum in Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref> is nonnegative. Let <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_526"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=3$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_527"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m=4$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then the sum in Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref> reads 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_097">
<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:mo movablelimits="false">trace</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>14</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mn>7</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\operatorname{trace}& \hspace{2.5pt}\{14{Q_{11}}{Q_{12}}{Q_{21}}{Q_{12}}{Q_{22}^{2}}{Q_{21}}+7{Q_{11}^{2}}{Q_{12}}{Q_{22}^{3}}{Q_{21}}\\ {} & 7{Q_{11}}{({Q_{12}}{Q_{22}}{Q_{21}})^{2}}+7{Q_{12}}{Q_{22}}{Q_{21}}{({Q_{12}}{Q_{21}})^{2}}\}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Initially we note that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_098">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><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:mo movablelimits="false">trace</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><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[\[ \operatorname{trace}{Q_{11}}{({Q_{12}}{Q_{22}}{Q_{21}})^{2}}\ge 0\hspace{1em}\text{and}\hspace{1em}\operatorname{trace}{Q_{12}}{Q_{22}}{Q_{21}}{({Q_{12}}{Q_{21}})^{2}}\ge 0\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
since they both can be written as the trace of positive semidefinite matrices (see above for more details). Next, by (<xref rid="j_vmsta160_eq_078">20</xref>) and (<xref rid="j_vmsta160_eq_079">21</xref>), 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_099">
<label>(25)</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">trace</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></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:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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: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">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></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">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></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">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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:mn>1</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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></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">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></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:mn>1</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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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 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">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:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></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">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\operatorname{trace}& \hspace{2.5pt}\{\frac{1}{2}{Q_{11}^{2}}{Q_{12}}{Q_{22}^{3}}{Q_{21}}+{Q_{11}}{Q_{12}}{Q_{22}^{2}}{Q_{21}}{Q_{12}}{Q_{21}}\}\\ {} & =\frac{1}{2}{\lambda _{1}^{2}}{\lambda _{3}^{3}}{q_{13}^{2}}+\frac{1}{2}{\lambda _{1}^{2}}{\lambda _{4}^{3}}{q_{14}^{2}}+\frac{1}{2}{\lambda _{2}^{2}}{\lambda _{3}^{3}}{q_{23}^{2}}+\frac{1}{2}{\lambda _{2}^{2}}{\lambda _{4}^{3}}{q_{24}^{2}}\\ {} & \hspace{1em}+{\lambda _{1}}({\lambda _{3}^{2}}+{\lambda _{4}^{2}}){q_{13}^{2}}{q_{14}^{2}}+{\lambda _{2}}({\lambda _{3}^{2}}+{\lambda _{4}^{2}}){q_{23}^{2}}{q_{24}^{2}}\\ {} & \hspace{1em}+{\lambda _{3}^{2}}({\lambda _{1}}+{\lambda _{2}}){q_{13}^{2}}{q_{23}^{2}}+{\lambda _{4}^{2}}({\lambda _{1}}+{\lambda _{2}}){q_{14}^{2}}{q_{24}^{2}}\\ {} & \hspace{1em}+{\lambda _{1}}{\lambda _{3}^{2}}{q_{13}^{4}}+{\lambda _{1}}{\lambda _{4}^{2}}{q_{14}^{4}}+{\lambda _{2}}{\lambda _{3}^{2}}{q_{23}^{4}}+{\lambda _{2}}{\lambda _{4}^{2}}{q_{24}^{4}}\\ {} & \hspace{1em}-({\lambda _{1}}+{\lambda _{2}})({\lambda _{3}^{2}}+{\lambda _{4}^{2}}){q_{13}}{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Again we bound the negative term by positive terms. Recall that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_528"><alternatives>
<mml:math><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 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:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{1}}\ge {\lambda _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_529"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{3}}\ge {\lambda _{4}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and that we may assume <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_530"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${q_{23}}{q_{24}}\ge {q_{13}}{q_{14}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_531"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${q_{14}}{q_{24}}\ge {q_{13}}{q_{23}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> without loss of generality. Consequently, 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_100">
<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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\lambda _{1}}{\lambda _{4}^{2}}{q_{13}}{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}& \le {\lambda _{1}}{\lambda _{4}^{2}}{q_{14}^{2}}{q_{24}^{2}}\\ {} {\lambda _{2}}{\lambda _{3}^{2}}{q_{13}}{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}& \le {\lambda _{2}}{\lambda _{3}^{2}}{q_{23}^{2}}{q_{24}^{2}}\\ {} {\lambda _{2}}{\lambda _{4}^{2}}{q_{13}}{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}& \le {\lambda _{2}}{\lambda _{4}^{2}}{q_{14}^{2}}{q_{24}^{2}},\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
leaving <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_532"><alternatives>
<mml:math><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:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{1}}{\lambda _{3}^{2}}{q_{13}}{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to be bounded. First note that 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_101">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</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">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></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:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \frac{1}{2}{\lambda _{1}^{2}}{\lambda _{3}^{3}}{q_{13}^{2}}-{\lambda _{1}}{\lambda _{3}^{2}}{q_{13}}{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}={\lambda _{1}}{\lambda _{3}^{2}}{q_{13}}(\frac{1}{2}{\lambda _{1}}{\lambda _{3}}{q_{13}}-{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
so that nonnegativity holds if <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_533"><alternatives>
<mml:math><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\frac{1}{2}{\lambda _{1}}{\lambda _{3}}{q_{13}}\ge {q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Assume <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_534"><alternatives>
<mml:math><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{1}}{\lambda _{3}}{q_{13}}\le 2{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and recall that <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_535"><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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\lambda _{2}}{\lambda _{4}}\ge {q_{24}^{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> since <italic>Q</italic> is positive definite. Then 
<disp-formula id="j_vmsta160_eq_102">
<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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></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:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\lambda _{1}}{\lambda _{3}^{2}}{q_{13}}{q_{23}}{q_{14}}{q_{24}}& \le 2{\lambda _{3}}{q_{23}^{2}}{q_{14}^{2}}{q_{24}^{2}}\\ {} & \le 2{\lambda _{2}}{\lambda _{3}}{\lambda _{4}}{q_{23}^{2}}{q_{14}^{2}}\\ {} & \le {\lambda _{2}}{\lambda _{3}^{2}}{q_{23}^{4}}+{\lambda _{2}}{\lambda _{4}^{2}}{q_{14}^{4}}\\ {} & \le {\lambda _{2}}{\lambda _{3}^{2}}{q_{23}^{4}}+{\lambda _{1}}{\lambda _{4}^{2}}{q_{14}^{4}}\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
so we have found bounding terms for the last expression. We conclude that (<xref rid="j_vmsta160_eq_099">25</xref>) is nonnegative and therefore, (<xref rid="j_vmsta160_eq_097">24</xref>) is nonnegative, too. The case <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_536"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=4$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_537"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m=3$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> follows by symmetry. It follows that the sum in Theorem <xref rid="j_vmsta160_stat_004">3</xref> is nonnegative for <inline-formula id="j_vmsta160_ineq_538"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k+m=7$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.  □</p>
</sec>
</sec>
</sec>
</body>
<back>
<ack id="j_vmsta160_ack_001">
<title>Acknowledgement</title>
<p>We thank the referee for an insightful and constructive report.</p></ack>
<ref-list id="j_vmsta160_reflist_001">
<title>References</title>
<ref id="j_vmsta160_ref_001">
<label>[1]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Bapat</surname>, <given-names>R.B.</given-names></string-name>: <article-title>Infinite divisibility of multivariate gamma distributions and <italic>M</italic>-matrices</article-title>. <source>Sankhyā, Ser. A</source> <volume>51</volume>(<issue>1</issue>), <fpage>73</fpage>–<lpage>78</lpage> (<year>1989</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=1065560">MR1065560</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta160_ref_002">
<label>[2]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Dobrushin</surname>, <given-names>R.L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Major</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>: <article-title>Non-central limit theorems for nonlinear functionals of Gaussian fields</article-title>. <source>Z. Wahrscheinlichkeitstheor. Verw. Geb.</source> <volume>50</volume>(<issue>1</issue>), <fpage>27</fpage>–<lpage>52</lpage> (<year>1979</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0550122">MR0550122</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1007/BF00535673" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1007/BF00535673</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta160_ref_003">
<label>[3]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Eisenbaum</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>: <article-title>On the infinite divisibility of squared Gaussian processes</article-title>. <source>Probab. Theory Relat. Fields</source> <volume>125</volume>(<issue>3</issue>), <fpage>381</fpage>–<lpage>392</lpage> (<year>2003</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=1964459">MR1964459</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s00440-002-0245-z" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1007/s00440-002-0245-z</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta160_ref_004">
<label>[4]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Eisenbaum</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>: <article-title>Characterization of positively correlated squared Gaussian processes</article-title>. <source>Ann. Probab.</source> <volume>42</volume>(<issue>2</issue>), <fpage>559</fpage>–<lpage>575</lpage> (<year>2014</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=3178467">MR3178467</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1214/12-AOP807" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1214/12-AOP807</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta160_ref_005">
<label>[5]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Eisenbaum</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kaspi</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>: <article-title>A characterization of the infinitely divisible squared Gaussian processes</article-title>. <source>Ann. Probab.</source> <volume>34</volume>(<issue>2</issue>), <fpage>728</fpage>–<lpage>742</lpage> (<year>2006</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2223956">MR2223956</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1214/009117905000000684" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1214/009117905000000684</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta160_ref_006">
<label>[6]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Evans</surname>, <given-names>S.N.</given-names></string-name>: <article-title>Association and infinite divisibility for the Wishart distribution and its diagonal marginals</article-title>. <source>J. Multivar. Anal.</source> <volume>36</volume>(<issue>2</issue>), <fpage>199</fpage>–<lpage>203</lpage> (<year>1991</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=1096666">MR1096666</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1016/0047-259X(91)90057-9" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1016/0047-259X(91)90057-9</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta160_ref_007">
<label>[7]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Griffiths</surname>, <given-names>R.C.</given-names></string-name>: <article-title>Infinitely divisible multivariate gamma distributions</article-title>. <source>Sankhyā, Ser. A</source> <volume>32</volume>, <fpage>393</fpage>–<lpage>404</lpage> (<year>1970</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0295406">MR0295406</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta160_ref_008">
<label>[8]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Griffiths</surname>, <given-names>R.C.</given-names></string-name>: <article-title>Characterization of infinitely divisible multivariate gamma distributions</article-title>. <source>J. Multivar. Anal.</source> <volume>15</volume>(<issue>1</issue>), <fpage>13</fpage>–<lpage>20</lpage> (<year>1984</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0755813">MR0755813</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1016/0047-259X(84)90064-2" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1016/0047-259X(84)90064-2</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta160_ref_009">
<label>[9]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Janson</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>: <source>Gaussian Hilbert spaces</source>. <series>Cambridge Tracts in Mathematics</series>, vol. <volume>129</volume>. <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>, <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc> (<year>1997</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=1474726">MR1474726</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1017/CBO9780511526169" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1017/CBO9780511526169</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta160_ref_010">
<label>[10]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Leon</surname>, <given-names>S.J.</given-names></string-name>: <source>Linear algebra with applications</source>. <publisher-name>Macmillan, Inc.</publisher-name>, <publisher-loc>New York</publisher-loc>, <comment>Collier-Macmillan Publishers, London</comment> (<year>1980</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta160_ref_011">
<label>[11]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Lévy</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>: <article-title>The arithmetic character of the Wishart distribution</article-title>. <source>Proc. Camb. Philos. Soc.</source> <volume>44</volume>, <fpage>295</fpage>–<lpage>297</lpage> (<year>1948</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0026261">MR0026261</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1017/S0305004100024270" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1017/S0305004100024270</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta160_ref_012">
<label>[12]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Marcus</surname>, <given-names>M.B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rosen</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>: <source>Markov processes, Gaussian processes, and local times</source>. <series>Cambridge Studies in Advanced Mathematics</series>, vol. <volume>100</volume>. <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>, <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc> (<year>2006</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2250510">MR2250510</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1017/CBO9780511617997" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1017/CBO9780511617997</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta160_ref_013">
<label>[13]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Moran</surname>, <given-names>P.A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Vere-Jones</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>: <article-title>The infinite divisibility of of multi-gamma distributions</article-title>. <source>Sankhyā, Ser. A</source> <volume>31</volume>, <fpage>191</fpage>–<lpage>194</lpage> (<year>1969</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0226704">MR0226704</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta160_ref_014">
<label>[14]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Paranjape</surname>, <given-names>S.R.</given-names></string-name>: <article-title>Simpler proofs for the infinite divisibility of multivariate gamma distributions</article-title>. <source>Sankhyā, Ser. A</source> <volume>40</volume>(<issue>4</issue>), <fpage>393</fpage>–<lpage>398</lpage> (<year>1978</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0589292">MR0589292</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta160_ref_015">
<label>[15]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Rudin</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>: <source>Principles of mathematical analysis</source>, <edition>3</edition>rd edn. <series>International Series in Pure and Applied Mathematics</series>. <publisher-name>McGraw-Hill Book Co.</publisher-name>, <publisher-loc>New York, Auckland, Düsseldorf</publisher-loc> (<year>1976</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0385023">MR0385023</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta160_ref_016">
<label>[16]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Shanbhag</surname>, <given-names>D.N.</given-names></string-name>: <article-title>On the structure of the Wishart distribution</article-title>. <source>J. Multivar. Anal.</source> <volume>6</volume>(<issue>3</issue>), <fpage>347</fpage>–<lpage>355</lpage> (<year>1976</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0420785">MR0420785</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1016/0047-259X(76)90044-0" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1016/0047-259X(76)90044-0</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta160_ref_017">
<label>[17]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Taqqu</surname>, <given-names>M.S.</given-names></string-name>: <article-title>Convergence of integrated processes of arbitrary Hermite rank</article-title>. <source>Z. Wahrscheinlichkeitstheor. Verw. Geb.</source> <volume>50</volume>(<issue>1</issue>), <fpage>53</fpage>–<lpage>83</lpage> (<year>1979</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0550123">MR0550123</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1007/BF00535674" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1007/BF00535674</ext-link></mixed-citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>