Københavns Universitet, Det naturvidenskabelige Fakultet. Forelæsningsnote 8. (NB: Noten er ikke en del af pensum)

Relaterede dokumenter
Chapter 3. Modulpakke 3: Egenværdier. 3.1 Indledning

Nøgleord og begreber. Definition 15.1 Den lineære 1. ordens differentialligning er

Oversigt [S] 7.3, 7.4, 7.5, 7.6; [LA] 15, 16, 17

Egenværdier og egenvektorer

Oversigt [LA] 10, 11; [S] 9.3

Lineær algebra: Egenværdier, egenvektorer, diagonalisering

DesignMat Uge 1 Gensyn med forårets stof

Københavns Universitet, Det naturvidenskabelige Fakultet. Afleveringsopgave 4

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Lineær Algebra

Modulpakke 3: Lineære Ligningssystemer

Københavns Universitet, Det naturvidenskabelige Fakultet. Afleveringsopgave 3

Symmetriske og ortogonale matricer Uge 7

Symmetriske og ortogonale matricer Uge 6

DesignMat Uge 4 Systemer af lineære differentialligninger I

Diagonalisering. Definition (diagonaliserbar)

Nøgleord og begreber Separable ligninger 1. ordens lineær ligning August 2002, opgave 7 Rovdyr-Byttedyr system 1. ordens lineært system Opgave

DesignMat Uge 5 Systemer af lineære differentialligninger II

Eksamen i Lineær Algebra

Besvarelser til Lineær Algebra med Anvendelser Ordinær Eksamen 2016

DesignMat. Preben Alsholm. September Egenværdier og Egenvektorer. Preben Alsholm. Egenværdier og Egenvektorer

Symmetriske matricer

Lineære 1. ordens differentialligningssystemer

Tidligere Eksamensopgaver MM505 Lineær Algebra

Sylvesters kriterium. Nej, ikke mit kriterium. Sætning 9. Rasmus Sylvester Bryder

Anvendt Lineær Algebra

Egenværdier og egenvektorer

Eksamen i Lineær Algebra

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Lineær Algebra

Skriftlig eksamen Vejledende besvarelse MATEMATIK B (MM02)

Lineær Algebra eksamen, noter

Uge 11 Lille Dag. Opgaver til OPGAVER 1. Det ortogonale komplement

Biologisk model: Epidemi

Besvarelser til de to blokke opgaver på Ugeseddel 7

Eksamen i Lineær Algebra. Første Studieår ved Det Tekniske Fakultet for IT og Design samt Det Ingeniør- og Naturvidenskabelige Fakultet

Reeksamen i Lineær Algebra. Første Studieår ved Det Tekniske Fakultet for IT og Design samt Det Ingeniør- og Naturvidenskabelige Fakultet

Eksamen i Lineær Algebra

Oversigt [S] 7.3, 7.4, 7.5, 7.6; [DL] 1, 2

Besvarelser til Lineær Algebra Reeksamen August 2016

DESIGNMAT FORÅR 2012: UGESEDDEL Forberedelse Læs alle opgaverne fra tidligere ugesedler, og læg særlig mærke til dem du har spørgsmål til.

Reeksamen i Lineær Algebra

Uge 6 Store Dag. Opgaver til OPGAVER 1. Opgave 1 Udregning af determinant. Håndregning Der er givet matricen A =

9.1 Egenværdier og egenvektorer

(Prøve)eksamen i Lineær Algebra

12.1 Cayley-Hamilton-Sætningen

er en n n-matrix af funktioner

Besvarelser til Lineær Algebra Ordinær Eksamen Juni 2017

Eksamen i Lineær Algebra

Lineær algebra Kursusgang 6

Oversigt [S] 7.2, 7.5, 7.6; [LA] 18, 19

(Prøve)eksamen i Lineær Algebra

Om første og anden fundamentalform

Prøveeksamen A i Lineær Algebra

Eksempel på 2-timersprøve 2 Løsninger

Lineære 1. ordens differentialligningssystemer

Lineære 1. ordens differentialligningssystemer

Eksamen i Lineær Algebra

Praktiske Maple Ting. - Hvis du skal indsætte kvadratroden, et integrale, lambda, osv. Så skriv eks. Sqrt, int, eller lambda, tryk escape og du kan

Den homogene ligning. Vi betragter den n te ordens, homogene, lineære differentialligning. d n y dt n. an 1 + any = 0 (1.2) dt. + a1 d n 1 y dt n 1

Besvarelser til Lineær Algebra Ordinær Eksamen - 5. Januar 2018

Ekstremum for funktion af flere variable

x 2 + y 2 dx dy. f(x, y) = ln(x 2 + y 2 ) + 2 1) Angiv en ligning for tangentplanen til fladen z = f(x, y) i punktet

Oversigt Matematik Alfa 1, August 2002

Mat 1. 2-timersprøve den 5. december 2016.

Ølopgaver i lineær algebra

Teoretiske Øvelsesopgaver:

Differentialligninger Hvad beskriver en differentialligning? Hvordan noget ændrer sig (oftest over tid). Tangenthældninger langs en kurve.

EKSAMENSOPGAVELØSNINGER CALCULUS 2 (2005) JANUAR 2006 AARHUS UNIVERSITET.. Beregn den retningsafledede D u f(0, 0).

Eksamen i Lineær Algebra

DesignMat Uge 1 Repetition af forårets stof

Calculus Uge

Eksamen i Lineær Algebra

Besvarelser til Lineær Algebra Ordinær eksamen - 6. Juni 2016

Besvarelser til Lineær Algebra Ordinær Eksamen Juni 2018

Noter til Lineær Algebra

Lineær Algebra - Beviser

Sandt/falsk-opgave: Diskuter opgave 23 side 12 i gruppen, men husk at begrunde jeres svar, som teksten før opgave 23 kræver!

Reeksamen i Lineær Algebra

Eksempel på 2-timersprøve 1 Løsninger

Eksamen i Lineær Algebra

LinAlgDat 2014/2015 Google s page rank

Kursusgang 3 Matrixalgebra Repetition

LiA 5 Side 0. Lineær algebra Kursusgang 5

Oversigt [LA] 1, 2, 3, [S] 9.1-3

I kurset Samhørende og partielle differentialligninger vil vi i foråret 2006 benytte bogen

Oversigt [LA] 1, 2, 3, [S] 9.1-3

Løsninger til udvalgte Eksamensopgaver i Lineær Algebra Juni 2000 og Juni 2001.

Lineær algebra: Spænd. Lineær (u)afhængighed

Module 1: Lineære modeller og lineær algebra

J n (λ) = dvs. n n-jordan blokken med λ i diagonalen. Proposition 1.2. For k 0 gælder. nullity (J n (λ) λi) k 1) 1 for 1 k n. n for k n.

LINALG JULENØD 2013 SUNE PRECHT REEH

Eksamen i Lineær Algebra

Besvarelse af Eksamensopgaver Juni 2005 i Matematik H1

Lineær algebra 1. kursusgang

5 opgaver er korrekt besvarede.

MA TEMA TIK 1 LA, GAMMEL T PENSUM

Eksamen i Lineær Algebra

Noter om Komplekse Vektorrum, Funktionsrum og Differentialligninger LinAlg 2004/05-Version af 16. Dec.

Symmetriske matricer. enote Skalarprodukt

2010 Matematik 2A hold 4 : Prøveeksamen juni 2010

Transkript:

Københavns Universitet, Det naturvidenskabelige Fakultet Lineær Algebra LinAlg Forelæsningsnote 8 NB: Noten er ikke en del af pensum Eksempel på brug af egenværdier og egenvektorer Måske er det stadig lidt uklart, hvor nyttigt det er at kende egenværdierne og egenvektorerne for en matrix, så lad os derfor se på dette eksempel Lad os antage, at vi kender en matrix A, der har egenværdien λ med tilhørende egenvektor a, og egenværdien λ med tilhørende egenvektor a, hvor vektorerne a og a er angivet i følgende figur: a a x Da A a j er λ j a j, får vi ved at multiplicere gentagne gange med A matricen, at A 0 a 04 a, A 0 a a 04 og A 0 x a + x a 04 x a + x 04 a, hvilket kan illustreres således, idet x er ca a + a A 0 a A 0 a A 0 x Hvis vi vil regne i koordinater, er det smartest at benytte koordinater mht basen a, a, for hvis vi benyttede den naturlige basis skulle A 0 x beregnes således: A 0 x 07 07 0 3? Hvis S betegner koordinattransformations-matricen for skiftet fra den naturlige basis e, e til basen a, a vil det tilsvarende regnestykke i de nye koordinater se således ud: A 0 x A 0 S S S A S 0 04 a a 04

Eksempel på brug af egenværdier og egenvektorer Måske har I hørt om Fibonacci-tallene:,,, 3,, 8, 3,, Tal-følgen dukker op i mange forskellige sammenhænge, feks ude i naturen, hvor bla antallet af knopper rundt om en gran-kogle vil være et udsnit af denne følge af tal! Følgen af Fibonacci-tal er et specielt eksempel på en lineær differens-ligning, idet det k te tal fås som summen af det k te og det k te, efter at de to første tal er givet Generelt ser en lineær differensligning sådan ud: x k når a x k + a x k + + a n x k n, for k n x n, x n,,x 0 er givet Hvis vi samler sæt bestående af n konsekutive tal i vektorer, ser vi, at alle sådanne sæt fås ved at gange iterativt med en bestemt type af matrix: x k a a a n x k x k 0 0 x k 0 0 0 0 0 x k n+ Det karakteristiske polynomium for en sådan matrix er: x k n deta λe n λ n a λ n a λ n a n, så det er let at se, at egenværdierne til matricen for Fibonacci-tallene er rødderne i polynomiet λ λ, dvs λ + 68 og λ 068 Til hver egenværdi λ kan man kun finde et -dimensionelt rum af egenvektorer, nemlig vektorerne v λ t λ n, λ n,,, hvor t 0 Da egenværdierne for Fibonacci-eksemplet er forskellige, vil deres to egenvektorer + og dog alligevel give os en basis for R, og som det fremgår af det foregående eksempel, vil sættet af Fibonacci-tal altså efterhånden blive mere og mere proportional med den første af egenvektorerne! Vi har altså, at x k + x k 68 det gyldne snit for store k

3 Eksempel på brug af egenværdier og egenvektorer 3 Sidst i TL-noterne om de komplekse tal, så vi, at definitionen af feks eksponential-funktionen: expx + x + x + 6 x3 + + n! xn + kunne udvides til også at gælde for alle komplekse tal x For alle lignende entire funktioner kan definitionen såmænd også udvides til at give mening for alle kvadratiske matricer x! Dvs for en n n matrix A er expa defineret således: expa E + A + A + 6 A3 + + n! An + og hvis A er diagonaliserbar, er expa specielt simpel at udregne: expa exps D S E + S D S + S D S + 6 S D S 3 + + n! S D S n + S E + D + D + 6 D3 + + n! Dn + S expλ 0 0 S 0 expλ 0 0 S 0 0 expλ n Antag feks at vi gerne vil finde to reelle funktioner x t og x t, hvor vi kun ved, at x t x t + x t x t x t og x 0, x 0 Vi kan skrive denne lineære differential-ligning på matrix-form: x t x t og da der gælder, at 0 x t x t, hvor x 0 x 0 vektoren expt Ax bliver til vektoren E x x, når t er 0, og til vektoren Aexpt Ax, når dens elementer differentieres, får vi løsningen til differential-ligningen fra det foregående eksempel: x t t t exp x t t 0 + expt + 0 + 0 expt +3 expt + + 3 expt 0 0 + expt + + expt 0 0,

4 Eksempel på brug af egenværdier og egenvektorer 4 Som det fremgår af de to sidstnævnte eksempler, bliver lineære differens- og differentialligninger nemmere at løse, når koefficientmatricen kan diagonaliseres Desværre er det jo ikke alle n n matricer, der kan diagonaliseres, men de kan alle næsten diagonaliseres via den såkaldte Jordan normalisering: Antag feks at vi har en 8 8 matrix A, der har egenværdierne λ, hvor rmλ 4, men emλ er kun, λ, hvor rmλ emλ, og λ 3, hvor rmλ 3, men emλ 3 er kun Da emλ ikke er lig med rmλ for alle egenværdierne, kan vi ikke finde en regulær matrix S, så S A S er en diagonalmatrix D, men hvis vi ødelægger diagonal-matricen D lidt ved at skrive taller over de sidste af de λ i er, hvortil der ikke kan findes lineært uafhængige egenvektorer, kan S A S blive til en sådan feks ved at kalde Maple s JordanForm, dvs: λ 0 0 0 0 λ 0 λ S A S λ 0 λ λ 0 0 λ3 0 0 λ 3 En sådan næsten diagonal-matrix er næsten lige så nyttig, når man skal løse lineære differens- eller differentialligninger, idet der gælder, at matricerne S A S n S A n S og exp S t A S S exp t A S er hhv λ n 0 0 0 n n 0 λ n λ n λ n 0 0 λ n n λ n λ n 0 λ n λ n 0 0 λ n n 3 λ3 n 0 0 λ n 3

for n, hvor n k er binomial-koefficienter, og e t λ 0 0 0 0 e t λ t et λ t et λ 0 0!! e t λ t et λ! e t λ 0 e t λ e t λ 0 0 e t λ 3 t et λ 3! 0 0 e t λ 3