PROBLEME DE VALORI ŞI VECTORI PROPRII

Σχετικά έγγραφα
Sisteme diferenţiale liniare de ordinul 1

2 Transformări liniare între spaţii finit dimensionale

Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

Seminar 5 Analiza stabilității sistemelor liniare

Metode iterative pentru probleme neliniare - contractii

Definiţia generală Cazul 1. Elipsa şi hiperbola Cercul Cazul 2. Parabola Reprezentari parametrice ale conicelor Tangente la conice

Seminar Algebra. det(a λi 3 ) = 0

METODE NUMERICE: Laborator #7 Calculul valorilor proprii si vectorilor proprii prin metodele puterii. Metoda Householder

(a) se numeşte derivata parţială a funcţiei f în raport cu variabila x i în punctul a.

Curs 10 Funcţii reale de mai multe variabile reale. Limite şi continuitate.

Esalonul Redus pe Linii (ERL). Subspatii.

Spatii liniare. Exemple Subspaţiu liniar Acoperire (înfăşurătoare) liniară. Mulţime infinită liniar independentă

Curs 4 Serii de numere reale

Matrice. Determinanti. Sisteme liniare

Integrala nedefinită (primitive)

Matrici şi sisteme de ecuaţii liniare

R R, f ( x) = x 7x+ 6. Determinați distanța dintre punctele de. B=, unde x și y sunt numere reale.

a n (ζ z 0 ) n. n=1 se numeste partea principala iar seria a n (z z 0 ) n se numeste partea

Ecuaţia generală Probleme de tangenţă Sfera prin 4 puncte necoplanare. Elipsoidul Hiperboloizi Paraboloizi Conul Cilindrul. 1 Sfera.

Curs 14 Funcţii implicite. Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică "Gh. Asachi"

Curs 1 Şiruri de numere reale

Toate subiectele sunt obligatorii. Timpul de lucru efectiv este de 3 ore. Se acordă din oficiu 10 puncte. SUBIECTUL I.

3. Vectori şi valori proprii

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor X) functia f 1

1. Sisteme de ecuaţii liniare Definiţia 1.1. Fie K un corp comutativ. 1) Prin sistem de m ecuaţii liniare cu n necunoscute X 1,...

5. FUNCŢII IMPLICITE. EXTREME CONDIŢIONATE.

Sisteme de ecuaţii diferenţiale

Metode de interpolare bazate pe diferenţe divizate

METODE NUMERICE: Laborator #5 Metode iterative pentru rezolvarea sistemelor: Jacobi, Gauss-Siedel, Suprarelaxare

, m ecuańii, n necunoscute;

2.1 Sfera. (EGS) ecuaţie care poartă denumirea de ecuaţia generală asferei. (EGS) reprezintă osferă cu centrul în punctul. 2 + p 2

Sisteme liniare - metode directe

SERII NUMERICE. Definiţia 3.1. Fie (a n ) n n0 (n 0 IN) un şir de numere reale şi (s n ) n n0

Lucian Maticiuc CURS I II. 1 Matrice şi determinanţi. Sisteme de ecuaţii liniare. 1.1 Matrice şi determinanţi

1.4 Schimbarea bazei unui spaţiu vectorial

Lectia VI Structura de spatiu an E 3. Dreapta si planul ca subspatii ane

Proiectarea filtrelor prin metoda pierderilor de inserţie

V.7. Condiţii necesare de optimalitate cazul funcţiilor diferenţiabile

Algebra si Geometrie Seminar 9

Nicolae Cotfas ELEMENTE DE EDITURA UNIVERSITĂŢII DIN BUCUREŞTI

Gheorghe PROCOPIUC PROBLEME DE ALGEBRĂ LINIARĂ GEOMETRIE

Calculul valorilor şi vectorilor proprii

COLEGIUL NATIONAL CONSTANTIN CARABELLA TARGOVISTE. CONCURSUL JUDETEAN DE MATEMATICA CEZAR IVANESCU Editia a VI-a 26 februarie 2005.

Seminariile Capitolul X. Integrale Curbilinii: Serii Laurent şi Teorema Reziduurilor

CURS 5 Spaţii liniare. Spaţiul liniar R n

Examen AG. Student:... Grupa: ianuarie 2016

Conice. Lect. dr. Constantin-Cosmin Todea. U.T. Cluj-Napoca

Cap2. Sisteme de ecuaţii algebrice liniare - metode iterative

Profesor Blaga Mirela-Gabriela DREAPTA

Metode Runge-Kutta. 18 ianuarie Probleme scalare, pas constant. Dorim să aproximăm soluţia problemei Cauchy

III. Serii absolut convergente. Serii semiconvergente. ii) semiconvergentă dacă este convergentă iar seria modulelor divergentă.

Calculul valorilor proprii

6 n=1. cos 2n. 6 n=1. n=1. este CONV (fiind seria armonică pentru α = 6 > 1), rezultă

Aplicaţii ale numerelor complexe în geometrie, utilizând Geogebra

Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal

CURS 11: ALGEBRĂ Spaţii liniare euclidiene. Produs scalar real. Spaţiu euclidian. Produs scalar complex. Spaţiu unitar. Noţiunea de normă.

Activitatea A5. Introducerea unor module specifice de pregătire a studenţilor în vederea asigurării de şanse egale

SEMINAR 14. Funcţii de mai multe variabile (continuare) ( = 1 z(x,y) x = 0. x = f. x + f. y = f. = x. = 1 y. y = x ( y = = 0

Ariadna Lucia Pletea Adrian Corduneanu Mircea Lupan LECŢII DE ALGEBRĂ LINIARĂ

Vectori liberi Produs scalar Produs vectorial Produsul mixt. 1 Vectori liberi. 2 Produs scalar. 3 Produs vectorial. 4 Produsul mixt.

Analiza în curent continuu a schemelor electronice Eugenie Posdărăscu - DCE SEM 1 electronica.geniu.ro

IV. CUADRIPOLI SI FILTRE ELECTRICE CAP. 13. CUADRIPOLI ELECTRICI

Metode iterative pentru rezolvarea sistemelor de ecuatii liniare

2.9 Forme biafine Forme pătratice afine. Aducerea la forma canonică Centre de simetrie Varietăţi pătratice...

OANA CONSTANTINESCU. ( a carei ecuatie matriceala este data in raport cu un reper cartezian R = {O; ē 1,, ē n }.

Descompunerea valorilor singulare

Laborator 11. Mulţimi Julia. Temă

5.5. REZOLVAREA CIRCUITELOR CU TRANZISTOARE BIPOLARE

a. 11 % b. 12 % c. 13 % d. 14 %

Spaţii vectoriale. Definiţia 1.1. Fie (K, +, ) un corp şi (V, +) un grup abelian.

Curs 2 Şiruri de numere reale

* K. toate K. circuitului. portile. Considerând această sumă pentru toate rezistoarele 2. = sl I K I K. toate rez. Pentru o bobină: U * toate I K K 1

DISTANŢA DINTRE DOUĂ DREPTE NECOPLANARE

VII.2. PROBLEME REZOLVATE

Lectia IV Produsul vectorial a doi vectori liberi

Metode Numerice Curs I Introducere. Ion Necoara

Capitolul 4. Integrale improprii Integrale cu limite de integrare infinite

Ecuatii trigonometrice

GEOMETRIE PLANĂ TEOREME IMPORTANTE ARII. bh lh 2. abc. abc. formula înălţimii

Concurs MATE-INFO UBB, 1 aprilie 2017 Proba scrisă la MATEMATICĂ

Lectia III Produsul scalar a doi vectori liberi

Subiecte Clasa a VII-a

Cursul de recuperare Algebra. v n. daca in schimb exista coecienti λ 1, λ 2,..., λ n nu toti nuli care satisfac relatia (1), de exemplu λ i 0 = A =

Cap.2. Sisteme de ecuaţii algebrice liniare - metode directe (II)

Laborator 6. Integrarea ecuaţiilor diferenţiale

GEOMETRIE ANALITICĂ. Mihai-Sorin Stupariu

Asupra unei inegalităţi date la barajul OBMJ 2006

EDITURA PARALELA 45 MATEMATICĂ DE EXCELENŢĂ. Clasa a X-a Ediţia a II-a, revizuită. pentru concursuri, olimpiade şi centre de excelenţă

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 3. Divizorul de tensiune. Divizorul de curent

Subiecte Clasa a VIII-a

Cursul 7. Spaţii euclidiene. Produs scalar. Procedeul de ortogonalizare Gram-Schmidt. Baze ortonormate

RĂSPUNS Modulul de rezistenţă este o caracteristică geometrică a secţiunii transversale, scrisă faţă de una dintre axele de inerţie principale:,

Dreapta in plan. = y y 0

Integrale cu parametru

Ministerul Educaţiei Naționale Centrul Naţional de Evaluare şi Examinare

T R A I A N ( ) Trigonometrie. \ kπ; k. este periodică (perioada principală T * =π ), impară, nemărginită.

SEMINAR TRANSFORMAREA FOURIER. 1. Probleme

Algebră liniară CAPITOLUL 3

3. Momentul forţei în raport cu un punct...1 Cuprins...1 Introducere Aspecte teoretice Aplicaţii rezolvate...4

Transcript:

9 PROBLEME DE VALORI ŞI VECTORI PROPRII 81 Introducere Problema de valori proprii a unui operator liniar A: Ax = λx x vector propriu, λ valoare proprie În reprezentarea unei baze din < n problemă matricială cua =[a ij ] nn, x =[x i ] n : A x = λx, sau (A λe) x =0 a 11 a 12 a 1n a 21 a 22 a 2n a n1 a n2 a nn x 1 x 2 x n = λ det(a λe) determinant caracteristic (secular) Sistem liniar omogen soluţii netriviale dacă şi numai dacă: det(a λe) =0 x 1 x 2 x n Ecuaţia caracteristică (seculară): a 11 λ a 12 a 1n a 21 a 22 λ a 2n a n1 a n2 a nn λ =0 n rădăcini reale sau complexe λ 1,λ 2,, λ n spectrul matricii A λ = λ j în ecuaţia de valori proprii soluţia x (j) vectorul propriu corespunzător

82 Diagonalizarea matricilor prin transformări similare Fie X matricea având pe coloane vectorii proprii x (j) matrice modală Cele n ecuaţii de valori proprii sub formă matricială ecuaţie modală: A X = X Λ unde X = x (1) 1 x (2) 1 x (n) 1 x (1) 2 x (2) 2 x (n) 2 x (1) n x (2) n x (n) n, Λ = λ 1 0 0 0 λ 2 0 0 0 λ n Teorema 91 Dacă matricea modală X corespunzătoare unei matrici A este formată din n coloane liniar independente (vectorii proprii ai matricii A sunt liniar independenţi), atunci există X 1 şi ecuaţia modală sescriesubforma X 1 A X = Λ Matricile asociate aceluiaşi operator relativ la două baze diferite matrici similare Teorema 92 Două matrici cu elemente reale, A, B M n n <, sunt similare dacă şi numai dacă există o matrice nesingulară S M n n <,astfelca B = S 1 A S, operaţie care se numeşte transformare similară a matricii A Teorema 93 Două matrici similare au aceleaşi valori proprii Vectorii proprii corespunzatori rezultă unii din alţii cu ajutorul matricii transformării Ecuaţia modală X 1 A X = Λ A şi Λ sunt similare Matricile similare cu o matrice diagonală se numesc matrici diagonalizabile Importanţa procesului de diagonalizare Dacă se poate găsi o transformare care diagonalizează matricea: valorile proprii se află pe diagonala principală a matricii transformate vectorii proprii corespunzători sunt coloanele matricii transformării 2

83 Metoda lui Jacobi Probleme de valori şi vectori proprii pentru matrici reale simetrice Vectorii proprii reali şi ortogonali diagonalizare cu ajutorul unei matrici ortogonale: R R T = R T R = E sau R 1 = R T Diagonalizarea prin transformarea de similitudine: R T A R = Λ Ideea: Transformări similare ortogonale succesive anulează câte două elemente simetrice Transformările distrug zerourile anterioare, dar diagonalizează treptat matricea Produsul transformărilor matricea modală pe coloane vectorii proprii Cazul 2 2 transformare ortogonală matricederotaţie plană: cos ϕ sin ϕ R = sin ϕ cos ϕ Rotire de unghi ϕ a sistemului vectorilor de bază ϕ rezultă din condiţia ca R să diagonalizeze matricea A Transformarea ortogonală: Elementele: A 0 = R T A R a 0 11 = a 11 cos 2 ϕ +2a 21 sin ϕ cos ϕ + a 22 sin 2 ϕ a 0 22 = a 11 sin 2 ϕ 2a 21 sin ϕ cos ϕ + a 22 cos 2 ϕ a 0 21 = a 21 (cos 2 ϕ sin 2 ϕ)+(a 22 a 11 )sinϕ cos ϕ = a 0 12, Transformarea conservă caracterul simetric al matricii Condiţia de anulare a elementelor nediagonale ale matricii A 0 : cot 2 ϕ + a 22 a 11 cot ϕ 1=0 a 21 Rezolvare în raport cu cot ϕ: s tan ϕ = a µa11 2 11 a 22 a 22 ± +1 2a 21 2a 21 Se determină cos ϕ =(1+tanϕ) 1/2 şi sin ϕ =tanϕ cos ϕ Valorile şi vectorii proprii: cos ϕ λ 1 = a 0 11, x (1) = sin ϕ sin ϕ λ 2 = a 0 22, x (2) = cos ϕ Diagonalizare exactă printr-o singură transformare ortogonală 3 1

Cazul n n R(i, j) = 1 0 cos ϕ sin ϕ sin ϕ cos ϕ 0 1 coloana i coloana j linia i linia j Transformarea ortogonală anulează elementele extradiagonale a 0 ij şi a0 ji: A 0 = R T (i, j) A R(i, j) Singurele elemente diferite de ale matricii A pe liniile şi coloanele i şi j Rescriem: Detaliat: Ã = A R(i, j), A 0 = R T (i, j) Ã ã 1i ã ni ã 1j ã nj ã ki ã kj = a 1i a 1j a ki a kj a ni a nj Elementele relevante de pe coloanele i şi j: ½ ãki = a ki cos ϕ + a kj sin ϕ, k =1, 2,, n ã kj = a ki sin ϕ + a kj cos ϕ 1 0 a 0 i1 a 0 ik a 0 in cos ϕ sin ϕ = a 0 j1 a 0 jk a 0 jn sin ϕ cos ϕ 0 1 Elementele relevante de pe liniile i şi j: ½ a 0 ik = ã ik cos ϕ +ã jk sin ϕ, k =1, 2,, n a 0 jk = ã ik sin ϕ +ã jk cos ϕ Elementele modificate ale matricii A 0 a 0 ik = a0 ki = a ik cos ϕ + a jk sin ϕ, k =1, 2,, n a 0 jk = a0 kj = a ik sin ϕ + a jk cos ϕ, k 6= i, j a 0 ii = a ii cos 2 ϕ +2a ji sin ϕ cos ϕ + a jj sin 2 ϕ a 0 jj = a ii sin 2 ϕ 2a ji sin ϕ cos ϕ + a jj cos 2 ϕ a 0 ij = a 0 ji = a ji (cos 2 ϕ sin 2 ϕ)+(a jj a ii )sinϕcos ϕ 1 0 cos ϕ sin ϕ sin ϕ cos ϕ 0 1 ã i1 ã ik ã in ã j1 ã jk ã jn 4

Condiţia de anulare a elementelor nediagonale ale matricii A 0 : Rezolvare în raport cu cot ϕ: tan ϕ = cot 2 ϕ + a jj a ii a ji cot ϕ 1=0 a ii a jj 2a ji ± s µaii a jj 2a j i 2 +1 1 Se determină: cos ϕ = 1 p 1+tan 2 ϕ, sin ϕ =cosϕtan ϕ Şir de matrici similare având acelaşi sistem de valori proprii: A 0 = A, A l = R T l A l 1 R l, l =0, 1, 2, Şir de matrici ortogonale X 0 R 0 E, X l = R 0 R 1 R l, l =0, 1, 2, Şirul de matrici similare: La limită: A 0 = A, A l = X T l A X l, l =0, 1, 2, lim l A l = Λ, lim X l = X l Relaţiederecurenţă: X l = X l 1 R l (i, j) Elementele modificate ale matricii X l : ½ x 0 ki = x ki cos ϕ + x kj sin ϕ, k =1, 2,, n, x 0 kj = x ki sin ϕ + x kj cos ϕ Criteriu de convergenţă: max i6=j a0 ij ε Diagonala lui A l valorile proprii, coloanele lui X l vectorii proprii Stabilitatea metodei rotaţieavectorilordebază de unghi ϕ minim (ϕ π/4) Maximizarea valorii absolute a numitorului expresiei tan ϕ: µ s 1 µaii aii a jj tan ϕ = sign a ii a jj 2 2a ji 2a ji + a jj +1 2a ji 5

/*=========================================================================*/ int Jacobi(float **a, float **x, float d[], int n) /*--------------------------------------------------------------------------- Rezolva problema de valori si vectori proprii pt o matrice reala simetrica a - matricea reala simetrica (jumatatea inferioara este distrusa) x - matricea modala: coloanele sunt vectorii proprii (iesire) d - tabloul valorilor proprii n - ordinul matricii a Returneaza indicele de eroare: 0 - executie normala 1 - nr maxim de iteratii depasit ---------------------------------------------------------------------------*/ { const float eps = 1e-30; /* criteriu de precizie */ const int itmax = 50; /* nr maxim de iteratii */ float aii, aji, ajj, amax, c, s, t; int i, it, j, k; for (i=1; i<=n; i++) { for (j=1; j<=n; j++) x[i][j] = 00; /* initializeaza matricea */ /* modala x cu matricea E */ x[i][i] = 10; /* si valorile proprii d */ d[i] = a[i][i]; /* cu elementele diag */ for (it=1; it<=itmax; it++) { amax = 00; for (j=2; j<=n; j++) for (i=1; i<=(j-1); i++) { /* salveaza elementele diag */ aii = d[i]; ajj = d[j]; aji = fabs(a[j][i]); if (amax < aji) amax = aji; /* elem extradiag maxim */ if (aji > eps) { /* efectueaza rotatia */ c = 05*(aii-ajj)/a[j][i]; t = 10/(fabs(c) + sqrt(10+c*c)); /* tangenta */ if (c < 00) t = -t; c = 10/sqrt(10+t*t); s = c*t; /* semnul corect */ /* cos, sin */ for (k=1; k<=(i-1); k++) { t = a[i][k]*c + a[j][k]*s; /* 1 <= k < i */ a[j][k] = a[j][k]*c - a[i][k]*s; a[i][k] = t; for (k=(i+1); k<=(j-1); k++) { /* i < k < j */ t = a[k][i]*c + a[j][k]*s; a[j][k] = a[j][k]*c - a[k][i]*s; a[k][i] = t; for (k=(j+1); k<=n; k++) { /* j < k <= n */ t = a[k][i]*c + a[k][j]*s; a[k][j] = a[k][j]*c - a[k][i]*s; a[k][i] = t; for (k=1; k<=n; k++) { t = x[k][i]*c + x[k][j]*s; /* matricea modala */ x[k][j] = x[k][j]*c - x[k][i]*s; x[k][i] = t; t = 2 * s * c * a[j][i]; /* actualizeaza */ d[i] = aii*c*c + ajj*s*s + t; /* elementele */ d[j] = aii*s*s + ajj*c*c - t; /* diagonale si */ a[j][i] = 00; /* extradiagonale */ if (amax<=eps) return 0; /* testeaza convergenta */ printf("jacobi: nr maxim de iteratii depasit!\n"); return 1; 6