Ιδιοτιμές και ιδιοδιανύσματα

Σχετικά έγγραφα
Διαγωνοποίηση μητρών. Στοιχεία Γραμμικής Άλγεβρας

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

Κεφάλαιο 6 Ιδιοτιμές και Ιδιοδιανύσματα

Ιδιάζουσες τιμές πίνακα. y έχουμε αντίστοιχα τις σχέσεις : Αυτές οι παρατηρήσεις συμβάλλουν στην παραγοντοποίηση ενός πίνακα

1 ιαδικασία διαγωνιοποίησης

Η ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΜΟΡΦΗ JORDAN

Μία απεικόνιση από ένα διανυσματικό χώρο V στον εαυτό του, L : V V την ονομάζουμε γραμμικό τελεστή στο V (ή ενδομορφισμό του V ). Ορισμός. L : V V γρα

ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΟ ΠΟΛΥΩΝΥΜΟ ΠΙΝΑΚΑ: Έστω Α ένας n nπίνακας επί ενός σώματος F. Για χ στο F, ορίζεται το πολυώνυμο ( ως προς χ ) : h ( x) = det( A- xi ).

Χαρακτηριστική Εξίσωση Πίνακα

= 7. Στο σημείο αυτό θα υπενθυμίσουμε κάποιες βασικές ιδιότητες του μετασχηματισμού Laplace, δηλαδή τις

ΠΛΗ 12 - Ιδιοτιμές και ιδιοδιανύσματα

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Τελική Εξέταση Ι. Λυχναρόπουλος

b. Για κάθε θετικό ακέραιο m και για κάθε A. , υπάρχουν άπειρα το πλήθος πολυώνυμα ( x) [ x] m και ( A) 0.

Παραδείγματα Ιδιοτιμές Ιδιοδιανύσματα

21 a 22 a 2n. a m1 a m2 a mn

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (ΗΥ-119)

Εύρεση της n-οστής δύναμης ενός πίνακα εϕαρμόζοντας το θεώρημα των Cayley-Hamilton

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 2 η Ημερομηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 28 Νοεμβρίου 2011

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Γραμμική Αλγεβρα ΙΙ Διάλεξη 1 Εισαγωγή Χρήστος Κουρουνιώτης Πανεπισ τήμιο Κρήτης 19/2/2014 Χ.Κουρουνιώτης (Παν.Κρήτης) Διάλεξη 1 19/2/ / 13

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Τελική Εξέταση 19/6/2018 Διδάσκων: Ι. Λυχναρόπουλος

Κεφάλαιο 6 Ιδιοτιµές και Ιδιοδιανύσµατα

ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΑΛΓΕΒΡΑ ΠΙΝΑΚΩΝ. (ii) Αν ο Β m+1, με m N, αντιστρέφεται, τότε και ο Β αντιστρέφεται

Πίνακες >>A = [ 1,6; 7, 11]; Ή τον πίνακα >> B = [2,0,1; 1,7,4; 3,0,1]; Πράξεις πινάκων

Γραμμικά συστήματα. - όπου Α είναι ένας (m x n) πίνακας, ο οποίος περιέχει. - όπου Β είναι ένας (m x 1) πίνακας που περιέχει τους

Matlab κι εφαρμογές στην Γραμμική Άλγεβρα

Ασκήσεις3 Διαγωνισιμότητα Βασικά σημεία Διαγωνίσιμοι πίνακες: o Ορισμός και παραδείγματα.

ΛΥΣΕΙΣ ΦΥΛΛΑΔΙΟΥ 6 / ΠΟΛΙΤΙΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΚΟΙ Γραμμικές απεικονίσεις, Αλλαγή βάσης, Ιδιοτιμές, Ιδιοδιανύσματα

Θέµατα ( ικαιολογείστε πλήρως όλες τις απαντήσεις σας)

Ασκήσεις4 48. P AP τριγωνικό. Αφού δείξτε ότι ο A δεν είναι διαγωνίσιμος, βρείτε αντιστρέψιμο A 1 3 1

November 27, v + u V

Ασκήσεις3 Διαγωνίσιμες Γραμμικές Απεικονίσεις

4 k 2 = 2 ( 1+ 2 k 2. k 2 2 k= k 2. 1.ii) Αν σχηµατίσουµε τον πίνακα µε γραµµές τα δύο διανύσµατα έχουµε: Γ1 Γ1 ---> { }

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ. Μαθηματικά 2. Σταύρος Παπαϊωάννου

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΙΔΙΟΤΙΜΕΣ ΚΑΙ ΙΔΙΟΔΙΑΝΥΣΜΑΤΑ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ -ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ. Λύσεις των Θεμάτων της Εξέτασης Ιανουαρίου 2010 στο μάθημα: «Γραμμική Άλγεβρα» (ΗΥ119)

Ασκήσεις6 Το σύνηθες εσωτερικό γινόμενο στο

Γραμμική Άλγεβρα II Εαρινό εξάμηνο

Αριθμητική Ανάλυση 4.5 Ιδιοτιμές και ιδιοδιανύσματα πινάκων. Γ. Παπαευαγγέλου, ΕΔΙΠ, ΤΑΤΜ/ΑΠΘ

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 3

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ. Μαθηματικά 1. Σταύρος Παπαϊωάννου


Κεφάλαιο 9 1 Ιδιοτιμές και Ιδιοδιανύσματα

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 9 Επαναληπτικες Ασκησεις

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (Εξ. Ιουνίου - 02/07/08) ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

ΚΕΦ.6:ΤΕΤΡΑΓΩΝΙΚΕΣ ΜΟΡΦΕΣ. ΣΥΜΜΕΤΡΙΚΟΙ ΠΙΝΑΚΕΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ MATHLAB Α ΜΕΡΟΣ

Kεφάλαιο 4. Συστήματα διαφορικών εξισώσεων. F : : F = F r, όπου r xy

7 ΑΛΓΕΒΡΑ ΜΗΤΡΩΝ. 7.2 ΜΗΤΡΕΣ ΕΙΔΙΚΗΣ ΜΟΡΦΗΣ (Ι)

Θέμα 1. με επαυξημένο 0 1 1/ 2. πίνακα. και κλιμακωτή μορφή αυτού

Λύσεις και Υποδείξεις Επιλεγµένων Ασκήσεων

όπου Η μήτρα ή πίνακας του συστήματος

Παναγιώτης Ψαρράκος Αν. Καθηγητής

{ } ΠΛΗ 12: ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Ι 2 η ΓΡΑΠΤΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Απαντήσεις. 1. (15 µονάδες)

1 Επανάληψη εννοιών από τον Απειροστικό Λογισμό

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Προτεινοµενες Ασκησεις - Φυλλαδιο 3

Εκπαιδευτικός Οµιλος ΒΙΤΑΛΗ

Γραμμική Άλγεβρα. Κώστας Γλυκός ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΣ. 171 Ασκήσεις για ΑΕΙ και ΤΕΙ. Kglykos.gr

Κεφάλαιο 9 Ιδιοτιµές και Ιδιοδιανύσµατα

Στοχαστικά Σήµατα και Εφαρµογές

8.1 Διαγωνοποίηση πίνακα

βαθμού 1 με A 2. Υπολογίστε τα χαρακτηριστικά και ελάχιστα πολυώνυμα των

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Παναγιώτης Ψαρράκος Αν. Καθηγητής

ΑΣΚΗΣΕΙΣ 7 ης ΕΒΔΟΜΑΔΑΣ

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (ΗΥ-119)

Τ.Ε.Ι. ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΚΑΣΤΟΡΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Της Γεωργίας Μανωλαρά Α.Ε.Μ.

Γραµµικη Αλγεβρα ΙΙ Ασκησεις - Φυλλαδιο 10

Έντυπο Yποβολής Αξιολόγησης ΓΕ

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Εξέταση Σεπτεμβρίου Ι. Λυχναρόπουλος

Δίνεται το σύστημα μιας εισόδου και μιας εξόδου, το οποίο περιγράφεται από τις κάτωθι εξισώσεις:,, πίνακας,

Εισαγωγή στην Αριθμητική Ανάλυση

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ -ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ. Λύσεις των Θεμάτων της Εξέτασης Σεπτεμβρίου 2010 στο μάθημα: «Γραμμική Άλγεβρα» (ΗΥ119)

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΗ ΤΕΛΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ 3 Ιουλίου 2010

Παραγοντοποιήσεις πίνακα

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Τελική Εξέταση Ι. Λυχναρόπουλος

Ασκήσεις6 Διαγωνοποίηση Ερμιτιανών Πινάκων

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

που σε κάθε χρονική στιγμή περιλαμβάνει τις τιμές των μεταβλητών κατάστασης

Στοχαστικά Σήματα και Τηλεπικοινωνιές

ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ. Γραµµικοί Μετασχηµατισµοί (Linear Transformations) Τονισµός χαρακτηριστικών εικόνας (image enhancement)

Τετραγωνικά μοντέλα. Τετραγωνικό μοντέλο συνάρτησης. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1

Σημειώσεις για το μάθημα: «Βασικές Αρχές Θεωρίας Συστημάτων» (Μέρος Α )

Copyright: Ψωμόπουλος Ευάγγελος, Eκδόσεις Zήτη, Γ έκδοση: Μάρτιος 2012, Θεσσαλονίκη

Γραμμική Άλγεβρα II. Ασκήσεις με Υποδείξεις - Απαντήσεις. Περιεχόμενα

A, και εξετάστε αν είναι διαγωνίσιμη.

2 3x 5x x

Τετραγωνικά μοντέλα. Τετραγωνικό μοντέλο συνάρτησης. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1

Παναγιώτης Ψαρράκος Αν. Καθηγητής

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ 10ο Σετ Ασκήσεων (Λύσεις) Ιδιοτιμές - Ιδιοδιανύσματα

= k. n! k! (n k)!, k=0

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ. ΕΝΟΤΗΤΑ: Άλγεβρα των Πινάκων (2) ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Βλάμος Παναγιώτης ΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ - Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών

Τμήμα Μηχανικών Οικονομίας και Διοίκησης Εφαρμοσμένη Θεωρία Πινάκων. Quiz 4. Σύντομες Λύσεις

Κεφάλαιο 7 Ορθογώνιοι Πίνακες

Διανύσµατα στο επίπεδο

Κεφάλαιο 3 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΡΑΜΜΙΚΗΣ ΑΛΓΕΒΡΑΣ

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Transcript:

Ιδιοτιμές και ιδιοδιανύσματα Έστω Α ένας τετραγωνικός πίνακας n x n και u διάνυσμα στήλη με n στοιχεία και ας θεωρούμε την εξίσωση A u = λ u Ο αριθμός λ λέγεται ιδιοτιμή του Α και το αντίστοιχο διάνυσμα u ιδιοδιάνυσμα του Α (που αντιστοιχεί στην ιδιοτιμή λ). Προφανώς το u ανήκει στον πυρήνα του (Α-λ I). Στο Matlab οι ιδιοτιμές και τα αντίστοιχα ιδιοδιανύσματα ενός πίνακα Α βρίσκονται με την εντολή [v,d] = eig(a) Το v είναι ένας πίνακας n x n του οποίου οι στήλες είναι τα ιδιοδιανύσματα και το d είναι ένας διαγώνιος πίνακας που τα στοιχεία της διαγωνίου περιέχουν τις αντίστοιχες ιδιοτιμές. Για παράδειγμα: >> A=[1 5;0-2]; >> [v,d] = eig(a) v = d = 1.0000-0.8575 0 0.5145 1 0 0-2

>> A*v(:,1)-d(1,1)*eye(2)*v(:,1) 0 0 >> A*v(:,2)-d(2,2)*eye(2)*v(:,2) 0 0 Θεώρημα: Έστω ότι λ₁,...,λₘ διαφορετικές ιδιοτιμές με αντίστοιχα ιδιοδιανύσματα u₁,...,uₘ. Τότε τα u₁,...,uₘ είναι γραμμικώς ανεξάρτητα. >> linind(v(:,1)',v(:,2)') Vectors are linearly independend. Κάθε n x n πίνακας Α έχει το πολύ n το πλήθος ιδιοτιμές.

Η πολλαπλότητα της ιδιοτιμής λ ορίζεται ώς η διάσταση του υπόχωρου των γενικευμένων ιδιοδιανυσμάτων που αντιστοιχούν στην ιδιοτιμή λ, με άλλα λόγια Πολλαπλότητα της λ = dim null( A - λ I)ⁿ Παράδειγμα, >> A=[6 7 7;0 6 7;0 0 7]; >> null((a-6*eye(3))^3) 0-1 -1 0 0 0 >> null((a-7*eye(3))^3) -0.9921-0.1240-0.0177

Το χαρακτηριστικό και ελάχιστο πολυώνυμο Έστω Α μιγαδικός τετραγωνικός πίνακας n x n και έστω λ₁,...,λₘ διαφορετικές ιδιοτιμές του Α. Έστω dₖ η πολλαπλότητα της ιδιοτιμής λₖ του Α. Το πολυώνυμο (z-λ₁)^d₁ (z-λₘ)^dₘ λέγεται το χαρακτηριστικό πολυώνυμο του Α. Οι ρίζες του χαρακτηριστικού πολυωνύμου είναι οι ιδιοτιμές του Α. Στο Matlab το χαρακτηριστικό πολυώνυμο ενός τετραγωνικού πίνακα Α βρίσκεται με την εντολή poly >> xar=poly(a) xar = 1-19 120-252 >> u=[z^3 z^2 z 1]; >> polywnymo=dot(xar,u) polywnymo = z^3-19*z^2 + 120*z - 252 >> solve(polywnymo,z) 6 6 7

Το θεώρημα Cayley-Hamilton Θεώρημα Cayley-Hamilton: Έστω ένας nxn πίνακας Α και q(z) το χαρακτηριστικό πολώνυμο του A. Τότε p(a)=0. Η εντολή polyvalm υπολογίζει την τιμή ενός πολυωνύμου με την έννοια πινάκων!! >> p=poly(a) p = 1-19 120-252 >> polyvalm(p,a) 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Το ελάχιστο πολυώνυμο Υπάρχει ένα (μονικό) πολυώνυμο με ελάχιστο βαθμό τέτοιο ώστε όταν εφαρμόζεται στο πίνακα Α δίνει τον μηδενικό πίνακα. Το πολυώνυμο αυτό λέγεται το ελάχιστο πολυώνυμο του Α. Πράγματι τα ( I, A,A^2,..., A^(n^2) ) δεν μπορεί να είναι γραμμικώς ανεξάρτητα γιατί ο χώρος έχει διάσταση n^2 ενώ έχουμε n^2+1 πίνακες. Έστω m ο μικρότερος ακέραιος τέτοιος ώστε τα ( I, A,A^2,..., A^m ) είναι γραμμικώς εξαρτημένα. Οπότε κάποιος πίνακας από την λίστα γράφεται ως γραμμικός συνδυασμός των υπολοίπων πινάκων στην λίστα. Επειδή m είναι ο μικρότερος τέτοιος ακέραιος συνάγουμε ότι ο πίνακας Α^m γράφεται ως γραμμικός συνδυασμός των ( Ι, A,.. A^(m-1) ) Οπότε υπάρχουν a₀, a₁,...,aₘ ₁ πραγματικοί (μιγαδικοί) αριθμοί τέτοιοι ώστε a₀ Ι + a₁ Α +. + aₘ ₁ Α^(m-1) + A^m = 0

Το πολυώνυμο a₀ + a₁ z +. + aₘ ₁ z^(m-1) + z^m = 0 λέγεται ελάχιστο πολυώνυμο του Α. Είναι το ελάχιστο πολυώνυμο p για το οποίο ισχύει p(a)=0. Παράδειγμα το ελάχιστο πολυώνυμο του μοναδιαίου πίνακα Ι είναι το z-1 Ο βαθμός του ελάχιστου πολυωνύμου ενός πίνακα nxn είναι το πολύ n Θεώρημα: Το ελάχιστο πολυώνυμο του Α διαιρεί το χαρακτηριστικό πολυώνυμο του Α. Θεώρημα: Οι ρίζες του ελάχιστου πολυωνύμου του Α είναι ακριβώς οι ιδιοτιμές του Α. Αλλά πως υπολογίζουμε το ελάχιστο πολυώνυμο ενός τετραγωνικού πίνακα Α? Το Matlab ΔΕΝ έχει μια τέτοια εντολή έτοιμη. Δεν πειράζει, θα την φτιάξουμε εμείς!!!!!

function [minimal V] = minpoly(a) % Βρίσκει το ελάχιστο πολυώνυμο ενός πίνακα Α % minimal είναι στην μορφή πολυωνύμου, % V το ελάχιστο πολυώνυμο σε μορφή διανύσματος [m,n] = size(a); qu=[]; i=1; mnm=reshape(eye(n).',1,[]); [mqu,nqu] = size(qu); while nqu==0 mnm=[mnm;reshape((a^i).',1,[])]; qu=null(sym(mnm)'); i=i+1; [mqu,nqu] = size(qu); end i=i-1; V=double(fliplr(qu.')); vec=[1]; syms z for k=1:i vec=[z^k vec]; end minimal=dot(v,vec);

>> A=eye(4);A(1,2)=1;A(3,4)=1; >> A A = 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 >> [m,v]=minpoly(a) m = z^2-2*z + 1 v = 1-2 1 >> B=A;B(3,4)=0; >> [m,v]=minpoly(b) m = z^2-2*z + 1 v = 1-2 1

>> C=B;C(4,4)=-1; >> [m,v]=minpoly(c) m = z^3 - z^2 - z + 1 v = 1-1 -1 1 >> D=C;C(3,4)=-1; >> [m,v]=minpoly(d) m = z^3 - z^2 - z + 1 v = 1-1 -1 1 Οι πίνακες C και D έχουν το ίδιο ελάχιστο πολυώνυμο

>> poly(a) 1-4 6-4 1 >> poly(b) 1-4 6-4 1 >> poly(c) 1-2 0 2-1 >> poly(d) 1-2 0 2-1 Οι πίνακες Α και B έχουν το ίδιο χαρακτηριστικό πολυώνυμο καθώς επίσης και οι πίνακες C και D.

Το ελάχιστο πολυώνυμο διαιρεί το χαρακτηριστικό πολυώνυμο Θεώρημα: Έστω τετραγωνικός πίνακας Α διάστασης n x n και έστω πολυώνυμο p(x) τέτοιο ώστε P(A)=0. Τότε το ελάχιστο πολυώνυμο m(x) διαιρεί το p(x). Συνεπώς, αφού για το χαρακτηριστικό πολυώνυμο p(x) του Α ισχύει p(a)=0, τότε το ελάχιστο πολυώνυμο m(x) διαιρεί το p(x). Παράδειγμα, ας θεωρήσουμε τον προηγούμενου πίνακα Α. >> [pol,m]=minpoly(a) pol = z^2-2*z + 1 m = 1-2 1 >> p=poly(a) p = 1-4 6-4 1 Η διαίρεση πολυωνύμων στο Matlab εκτελείται με την εντολή deconv >> [q,r]=deconv(p,m) q = r = 1-2 1 0 0 0 0 0

>> C C = 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1-1 0 0 0-1 >> [pol,m]=minpoly(c) pol = z^3 - z^2 - z + 1 m = 1-1 -1 1 >> p=poly(c) p = 1-2 0 2-1 >> [q,r]=deconv(p,m) q = 1-1 r = 0 0 0 0 0