Postać Jordana macierzy

Podobne dokumenty
Rozdział 9. Baza Jordana

Postać Jordana macierzy

,..., u x n. , 2 u x 2 1

Wartości i wektory własne

Przestrzeń liniowa R n.

Algebra z geometrią 2012/2013

Geometria analityczna w przestrzeni. Kierunek. Długość. Zwrot

Rozwiazania zadań. Zadanie 1A. Zadanie 1B. Zadanie 2A

Zadania z AlgebryIIr

Zestaw zadań 15: Funkcjonały dwuliniowe i formy kwadratowe (1) Sprawdzić, czy następujące odwzorowania ξ : R 3 R 3 R: x y. x y z. f(x)g(x)dx.

Wektory i wartości własne

Pochodna kierunkowa i gradient Równania parametryczne prostej przechodzącej przez punkt i skierowanej wzdłuż jednostkowego wektora mają postać:

Zestaw zadań 12: Przekształcenia liniowe. Macierze przekształceń liniowych. z z + 2 2x + y. x y z. x y + 2t 2x + 3y + 5z t x + z t

Przykład 6.1. Przestrzenny stan naprężenia i odkształcenia

Wykład 12 i 13 Macierz w postaci kanonicznej Jordana , 0 A 2

Przykład 6.3. Uogólnione prawo Hooke a

Wektory i wartości własne

Wykład Analiza jakościowa równań różniczkowych

POTENCJALNE POLE SIŁ. ,F z 2 V. x = x y, F y. , F x z F z. y F y

GRUPY SYMETRII Symetria kryształu

Zestaw zadań 12: Przekształcenia liniowe. z z + 2 2x + y. x y z. x y + 2t 2x + 3y + 5z t x + z t. x y + 2t 2x 3y + 5z t x z t

Matematyka 2. Elementy analizy wektorowej cz I Pole wektorowe

I. Rachunek wektorowy i jego zastosowanie w fizyce.

Algebra liniowa. Zadania przygotowujące do egzaminu: .Wskazówka: Zastosować wzór de Moivre'a;

Macierze normalne. D : Dowolną macierz kwadratową można zapisać w postaci A = B + ic gdzie ( ) B = A + A B = A + A = ( A + A)

Równoważne układy sił

PRAWIDŁOWE ODPOWIEDZI I PUNKTACJA

Funkcje wielu zmiennych

jest rozwiązaniem równania jednorodnego oraz dla pewnego to jest toŝsamościowo równe zeru.

Macierze. Rozdział Działania na macierzach

Zadania egzaminacyjne

EPR. W -1/2 =-1/2 gµ B B

Belki zespolone 1. z E 1, A 1

Adam Bodnar: Wytrzymałość Materiałów. Ukośne zginanie 13. UKOŚNE ZGINANIE

cz.2 Dr inż. Zbigniew Szklarski Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok.321

ODKSZTAŁCENIE PLASTYCZNE MATERIAŁÓW IZOTROPOWYCH. Opis dla ośrodka ciągłego

napór cieczy - wypadkowy ( hydrostatyczny )

III. LICZBY ZESPOLONE

Zaawansowane metody numeryczne

Przekształcanie równań stanu do postaci kanonicznej diagonalnej

Rozdział 5. Macierze. a 11 a a 1m a 21 a a 2m... a n1 a n2... a nm

1 Podobieństwo macierzy

Funkcje wielu zmiennych

Adam Bodnar: Wytrzymałość Materiałów. Proste zginanie

Przykład 3.7. Naprężenia styczne przy zginaniu belki cienkościennej.

Diagonalizacja macierzy i jej zastosowania

Strukturalne elementy symetrii. Krystalograficzne grupy przestrzenne.

1. REDUKCJA DOWOLNYCH UKŁADÓW SIŁ. Redukcja płaskiego układu sił

P K. Położenie punktu na powierzchni kuli określamy w tym układzie poprzez podanie dwóch kątów (, ).

Środek ciężkości bryły jednorodnej

Diagonalizacja macierzy i jej zastosowania

Algebra liniowa II. Lista 1. 1 u w 0 1 v 0 0 1

Macierze i Wyznaczniki

1 Macierze i wyznaczniki

σ x σ y σ z σ z, Adam Bodnar: Wytrzymałość Materiałów. Równania fizyczne.

Met Me ody numer yczne Wykład ykład Dr inż. Mic hał ha Łanc Łan zon Instyt Ins ut Elektr Elektr echn iki echn i Elektrot Elektr echn olo echn

J. Szantyr - Wykład 4 Napór hydrostatyczny Napór hydrostatyczny na ściany płaskie

1 Macierz odwrotna metoda operacji elementarnych

3. Metody rozwiązywania zagadnień polowych

Funkcje wielu zmiennych

ANALIZA KONSTRUKCJI POWŁOKOWEJ. CIENKOŚCIENNY ZBIORNIK CIŚNIENIOWY

Ruch kulisty bryły. Kąty Eulera. Precesja regularna

Algebra z geometrią 2012/2013

III. Układy liniowe równań różniczkowych. 1. Pojęcie stabilności rozwiązań.

PODSTAWY AUTOMATYKI. MATLAB - komputerowe środowisko obliczeń naukowoinżynierskich - podstawowe operacje na liczbach i macierzach.

Podstawy wytrzymałości materiałów

Pierwiastki kwadratowe z liczby zespolonej

23. CAŁKA POWIERZCHNIOWA NIEZORIENTOWANA

Atom wodoru eV. Seria Lymana. od 91 nm to 122 nm. n = 2, 3,... Seria Paschena n = 4, 5,... n = 5, 6,... Seria Bracketta.

Tydzień nr 9-10 (16 maja - 29 maja), Równania różniczkowe, wartości własne, funkcja wykładnicza od operatora - Matematyka II 2010/2011L

LABORATORIUM MECHANIKI EKSPERYMENTALNEJ. Instrukcja do ćwiczenia

Formy kwadratowe. Rozdział 10

Powierzchnie stopnia drugiego

Równania liniowe. Rozdział Przekształcenia liniowe. Niech X oraz Y będą dwiema niepustymi przestrzeniami wektorowymi nad ciałem

Lista nr 1 - Liczby zespolone

Wektory. P. F. Góra. rok akademicki

ZŁOŻONE RUCHY OSI OBROTOWYCH STEROWANYCH NUMERYCZNIE

dr Mariusz Grządziel 15,29 kwietnia 2014 Przestrzeń R k R k = R R... R k razy Elementy R k wektory;

Zestaw zadań 14: Wektory i wartości własne. ) =

Ruch kulisty bryły. Kinematyka

Elementy symetrii makroskopowej w ujęciu macierzowym.

( ) O k k k. A k. P k. r k. M O r 1. -P n W. P 1 P k. Rys Redukcja dowolnego przestrzennego układu sił

Złożone działanie sił wewnętrznych w prętach prostych

Drgania układu o wielu stopniach swobody

2.1. ZGINANIE POPRZECZNE

O MACIERZACH I UKŁADACH RÓWNAŃ

DB Algebra liniowa semestr zimowy 2018

Wyznaczanie środka ścinania w prętach o przekrojach niesymetrycznych

Imię i nazwisko... Grupa...

Stopy spot i stopy forward. Bootstrapping

Podstawy wytrzymałości materiałów

J. Szantyr - Wykład 7 Ruch ogólny elementu płynu

Część 1 2. PRACA SIŁ WEWNĘTRZNYCH 1 2. PRACA SIŁ WEWNĘTRZNYCH Wstęp

1. Krótki zarys teorii grup 1

φ(x 1,..., x n ) = a i x 2 i +

PRAWA ZACHOWANIA Prawa zachowania najbardziej fundamentalne prawa:

Pochodna funkcji wykład 5

Dodawanie i mnożenie liczb zespolonych są działaniami wewnętrznymi tzn., że ich wynikiem jest liczba zespolona.

macierze jednostkowe (identyczności) macierze diagonalne, które na przekątnej mają same

= i Ponieważ pierwiastkami stopnia 3 z 1 są (jak łatwo wyliczyć) liczby 1, 1+i 3

Transkrypt:

Rodiał 8 Postać Jordana macier 8.1. Macier Jordana Niech F = R lub F = C. Macier J r () F r r postaci 1. 1... J r () =..........,.... 1 gdie F, nawam klatką Jordana stopnia r. Ocwiście J 1 () = [. Definicja 8.1. Macier blokową J F n n postaci J n1 ( 1 ) J n2 ( 2 ) J =..., J ( nk k) gdie n 1 +...+n k = n, 1,..., k F ora wsstkie niewpisane element macier J są erami, nawam macierą Jordana. Skalar 1,..., k tworące prekątną macier J są jej wartościami własnmi. Zauważm również, że każda macier diagonalna jest macierą Jordana; wmiar każdej klatki Jordana J ni tworącej prekątną tej macier jest równ jeden, tj. J ni = [ i. Onaca to, że każda macier diagonaliowalna jest podobna do pewnej macier Jordana. Prawdiwe jest również dużo ogólniejse 5

8.1. Macier Jordana Twierdenie 8.1. Niech A C n n będie dowolną macierą. Istnieje wówcas macier nieosobliwa P C n n taka że J n1 ( 1 ) P 1 J n2 ( 2 ) AP = J =... (8.1) J ( nk k) ora n 1 +... + n k = n. Macier Jordana J macier A jest wnacona w sposób jednonacn dokładnością do kolejności klatek Jordana, które tworą prekątną macier J. Ponadto, jeżeli macier A R n n ma tlko recwiste wartości własne to macier P, ustalająca podobieństwo A ora J, również może bć wbrana jako macier o elementach recwistch. Prkład 8.1. Niech A ε = [ ε 1 dla ε. Ponieważ σ (A ε ) = {, ε} atem macier A ε jest diagonaliowalna. Łatwo wkaać, że [ [ [ 1 ε ε A ε = = S 1 1 ε 1 1 ε J ε Sε 1. Onaca to, że macier J ε = [ ε jest macierą Jordana macier A ε, dla dowolnego ε. Jednak, jeżeli ε to J ε [ 2 2, podcas gd macierą Jordana macier A jest macier J = [ 1 Uwaga 8.1. Macier Jordana J wnacona dla macier A nie musi bć funkcją ciągłą elementów macier A. Onaca to trudności konstrukcją numercnie akceptowalnego algortmu wnacania, dla adanej macier A, odpowiadającą jej macier Jordana. 8.1.1. Własności macier Jordana Niech A F n n będie dowolną macierą, a J F n n jej macierą Jordana. Własność 1 Licba k klatek Jordana tworącch macier J jest równa licbie liniowo nieależnch wektorów własnch macier A. Własność 2 Licba klatek Jordana odpowiadającch wartości własnej jest równa licbie odpowiadającch jej liniowo nieależnch wektorów własnch. Suma stopni wsstkich tch klatek równa jest krotności wartości własnej jako pierwiastka wielomianu charakterstcnego macier A.,. 51

8.1. Macier Jordana Własność 3 Licba N (m, ) klatek Jordana stopnia m 1 odpowiadającch wartości własnej jest równa: gdie r k () = rank (A I) k. N (m, ) = r m 1 () 2r m () + r m+1 (), (8.2) Prkład 8.2. Roważm macier A R 3 3 postaci 2 1 A = 2. Ponieważ ϕ A () = det (A I) = ( 1) ( 2) 2 atem macier ma dwie wartości własne: 1 = 1, 2 = 2. Wnacm wektor własne odpowiadające tm wartościom własnm. Mam dla 1 = 1 : 1 1 1 1 1 + + skąd otrmujem (,, ) = (,, t), t R\ {} ; np. v 1 = [,, 1 T ; dla 2 = 2 : 1, 1 1 1 + skąd otrmujem (,, ) = (t,, t), t R\ {} ; np. v 2 = [1,, 1 T. Dla macier A udało się więc wbrać tlko dwa liniowo nieależne wektor własne. Onaca to, na podstawie własności 1, że macier Jordana macier A składa się dwóch klatek Jordana. Na podstawie własności 2, wartości własnej 1 = 1 odpowiada jedna klatka Jordana stopnia 1, wartości własnej 2 = 2 musi więc odpowiadać jedna klatka Jordana stopnia 2. Macier Jordana macier A ma więc postać J = 1 2 1 2 Do tego samego wniosku dojdiem opierając się na własności 3 (ćwicenie). Pewną niedogodnością faktoracji (tj. rokładu) Jordana A = P JP 1 jest to, że w prpadku macier recwistej posiadającej nierecwiste wartości własne jej macier Jordana jest macierą nierecwistą. W wielu agadnieniach praktcnch, onaca to koniecność posukiwania innego rokładu macier, nie tak prostego jak rokład Jordana, ale prowadącego do macier recwistch. Otwartm poostaje również ptanie o sposób konstrukcji macier P ustalającej podobieństwo pomięd macierami A ora jej mecierą Jordana J.., 52

8.2. Wektor główne 8.2. Wektor główne Na potreb tego podrodiału, wektor własn v (1) F n macier A odpowiadając wartości własnej nawać będiem wektorem głównm rędu 1. Wektor główne rędu k 2 definiujem indukcjnie. Definicja 8.2. Prpuśćm, że v (k 1) F n jest wektorem głównm rędu k 1 odpowiadającm wartości własnej. Jeżeli istnieje nieerow wektor v (k) F n będąc rowiąaniem równania (A I) v (k) = v (k 1), (8.3) to wektor ten nawam wektorem głównm rędu k odpowiadającm wartości własnej. 8.2.1. Własności wektorów głównch Wmienione poniżej własności wektorów głównch umożliwią wnacanie macier Jordana J adanej macier A ora macier P ustalającej podopodobieństwo międ nimi. Dla każdej wartości własnej istnieją wektor główne rędu co najmniej 1. Wektor główne odpowiadające różnm wartościom własnm są liniowo nieależne. Wektor główne różnch rędów odpowiadające tej samej wartości własnej są liniowo nieależne. Dla wartości własnej o krotności r (krotności jako pierwiastka wielomianu charakterstcnego) istnieje dokładnie r liniowo nieależnch wektorów głównch; wśród nich są wsstkie liniowo nieależne wektor własne odpowiadające wartości własnej. Liniowo nieależne wektor główne macier A, traktowane jako kolumn pewnej macier nieosobliwej, możem ustawić w takiej kolejności, ab utworł macier P ustalającej podobieństwo pomięd macierami A ora jej macierą Jordana J, tj. P 1 AP = J. Prkład 8.3. Roważm ponownie macier A R 3 3 prkładu, tj. 2 1 A = 2. (8.4) Macier A ma dwie różne wartości własne: 1 = 1 ora 2 = 2. Wnacm dla tch wartości własnch wektor główne. Dla 1 = 1, rowiąując równanie 1 1 1 1 1 53

8.2. Wektor główne otrmujem: = =, R; wektor główn ręd 1 ma więc postać v (1) 1 = (,, t), t R\ {}. Ab wnacć wektor główne rędu 2 roważm, dla ustalonego t, równanie 1 1 1 1 1 Łatwo stwierdić, że równanie to nie posiada rowiąań. Onaca to, że dla wartości własnej 1 = 1 nie istnieją wektor główne rędu k 2. Dla 2 = 2, rowiąując równanie 1 1 1 1 otrmujem: =, = ; wektor główn ręd 1 ma więc postać v (1) 2 = (t,, t), t R\ {}. Ab wnacć wektor główne rędu 2, roważm, dla ustalonego t, równanie 1 1 1 1 Jego rowiąaniem jest =, = t; wektor główn rędu 2 ma więc postać v (2) 2 = (r, t, r), r R. Zauważm, że postać wektora v (2) 2 ależ od sposobu wboru wektora v (1) 2. Ab wnacć wektor główne rędu 3, roważm, dla ustalonch t R\ {}, r R, równanie 1 r t. 1 1 1 r Łatwo stwierdić, że równanie to nie posiada rowiąań, a tm samm nie istnieją dla wartości własnej 2 = 2 wektor główne rędu k 3. Podsumowując, dla macier A postaci (8.4) udało się wnacć tr liniowo nieależne wektor główne: jeden odpowiadając wartości własnej 1 ora dwa odpowiadające wartości własnej 2. Prjmując na prkład t = r = 1, otrmujem v (1) 1 = (,, 1), v (1) 2 = (1,, 1), v (2) 3 = (1, 1, 1). Zauważm, że dla macier P R 3 3, której kolumnami są wektor v (1) 1, v (1) 2, v (2) 2, tj. P = [ v (1) 1, v (1) 2, v (2) 2 = t t t 1 1 1.., 54

8.2. Wektor główne mam P 1 AP = 1 1 1 1 1 2 1 2 1 1 1 1 2 1 2 = J. Macier P jest więc macierą ustalającą podobieństwo międ macierą A ora jej macierą Jordana. 55