1 Diagonalisering av matriser

Relevanta dokument
Egenvärden och egenvektorer. Linjär Algebra F15. Pelle

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 8

Föreläsningsanteckningar Linjär Algebra II Lärarlyftet

Föreläsning 8. Reglerteknik AK. c Bo Wahlberg. 27 september Avdelningen för reglerteknik Skolan för elektro- och systemteknik

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen Fredagen den 23 oktober, 2009 DEL A

Multiplicera 7med A λ 1 I från vänster: c 1 (Av 1 λ 1 v 1 )+c 2 (Av 2 λ 1 v 2 )+c 3 (Av 3 λ 1 v 3 ) = 0

Dagens teman. Linjära ODE-system av ordning 1:

LÖSNINGAR LINJÄR ALGEBRA LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK

1 Repetition - Övning 3.8

1 Linjära ekvationssystem. 2 Vektorer

Egenvärden, egenvektorer

Linjär algebra Föreläsning 10

Lösningsförslag till skrivningen i Vektorgeometri (MAA702) Måndagen den 13 juni 2005

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Modul 1: Komplexa tal och Polynomekvationer

Vi skalla främst utnyttja omskrivning av en matris för att löas ett system av differentialekvaioner. 2? Det är komplicerat att

Vektorgeometri för gymnasister

LÖSNINGAR TILL LINJÄR ALGEBRA kl 8 13 LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK. 1. Volymen med tecken ges av determinanten.

DIAGONALISERING AV EN MATRIS

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförsag till modelltentamen

November 24, Egenvärde och egenvektor. (en likformig expansion med faktor 2) (en rotation 30 grader moturs)

Linjär algebra på 2 45 minuter

SF1624 Algebra och geometri

. (2p) 2x + 2y + z = 4 y + 2z = 2 4x + 3y = 6

x + y z = 2 2x + 3y + z = 9 x + 3y + 5z = Gauss-Jordan elemination ger: Area = 1 2 AB AC = 4. Span(1, 1 + x, x + x 2 ) = P 2.

Preliminärt lösningsförslag

Egenvärden och egenvektorer

A = v 2 B = = (λ 1) 2 16 = λ 2 2λ 15 = (λ 5)(λ+3). E 5 = Span C =

Diagonalisering och linjära system ODE med konstanta koe cienter.

Chalmers tekniska högskola Datum: Våren MVE021 Linjär algebra I

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A. (1 p) (c) Bestäm avståndet mellan A och linjen l.

Frågorna 1 till 6 ska svaras med ett kryss för varje korrekt påstående. Varje uppgift ger 1 poäng.

Crash Course Algebra och geometri. Ambjörn Karlsson c januari 2016

Vektorerna är parallella med planet omm de är vinkelräta mot planets normal, dvs mot

Matematiska Institutionen KTH. Lösning till tentamensskrivning på kursen Linjär algebra II, SF1604, den 9 juni 2011 kl

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

19. Spektralsatsen Spektralsatsen SPEKTRALSATSEN

Övningar. c) Om någon vektor i R n kan skrivas som linjär kombination av v 1,..., v m på precis ett sätt så. m = n.

. b. x + 2 y 3 z = 1 3 x y + 2 z = a x 5 y + 8 z = 1 lösning?

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

A = (3 p) (b) Bestäm alla lösningar till Ax = [ 5 3 ] T.. (3 p)

Gripenberg. Mat Grundkurs i matematik 1 Tentamen och mellanförhörsomtagning,

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Övningar. MATEMATISKA INSTITUTIONEN STOCKHOLMS UNIVERSITET Avd. Matematik. Linjär algebra 2. Senast korrigerad:

Lite Linjär Algebra 2017

Vektorgeometri för gymnasister

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

MVE022 Urval av bevis (på svenska)

Determinanter, egenvectorer, egenvärden.

Inför tentamen i Linjär algebra TNA002.

Lösningsforslag till tentamen i SF1624 den 22/ e x e y e z = 5e x 10e z = 5(1, 0, 2). 1 1 a a + 2 2a 4

6.1 Skalärprodukt, norm och ortogonalitet. TMV141 Linjär algebra E VT 2011 Vecka 6. Lärmål 6.1. Skalärprodukt. Viktiga begrepp

Lösningar kommer att läggas ut på kurshemsidan första arbetsdagen efter tentamenstillfället. Resultat meddelas via epost från LADOK.

Lösningar till MVE021 Linjär algebra för I

3 1 = t 2 2 = ( 1) ( 2) 1 2 = A(t) = t 1 10 t

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

x 2y + z = 1 (1) 2x + y 2z = 3 (2) x + 3y z = 4 (3)

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Torsdag, 9 juni 2016

Facit/lösningsförslag

Frågorna 1 till 6 ska svaras med ett kryss för varje korrekt påstående. Varje uppgift ger 1 poäng. Använd bifogat formulär för dessa 6 frågor.

0 Allmänt. Följande delar behöver man kunna utöver avsnitten som beskrivs senare i dokumentet.

TMV142/186 Linjär algebra Z/TD

Prov i matematik F2, X2, ES3, KandFys2, Lärare, Frist, W2, KandMat1, Q2 LINJÄR ALGEBRA II

Lösningsförslag till skrivningen i Vektorgeometri (MAA702) måndagen den 30 maj 2005

x 1(t) = x 2 (t) x 2(t) = x 1 (t)

2s + 3t + 5u = 1 5s + 3t + 2u = 1 3s 3u = 1

1. Bestäm volymen för den parallellepiped som ges av de tre vektorerna x 1 = (2, 3, 5), x 2 = (3, 1, 1) och x 3 = (1, 3, 0).

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 1

Stöd inför omtentamen i Linjär algebra TNA002.

Egenvektorer och egenvärden

DEL I. Matematiska Institutionen KTH. Lösning till tentamensskrivning på kursen Linjär algebra II, SF1604, den 17 april 2010 kl

1. Bestäm volymen för den parallellepiped som ges av de tre vektorerna x 1 = (2, 3, 5), x 2 = (3, 1, 1) och x 3 = (1, 3, 0).

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen Lördagen den 5 juni, 2010 DEL A

A = x

Chalmers tekniska högskola Datum: kl Telefonvakt: Linnea Hietala MVE480 Linjär algebra S

Preliminärt lösningsförslag

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Torsdag, 17 mars 2016

kvivalenta. Ange rangen för A samt en bas för kolonnrummet för A. och U =

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Exempelsamling :: Diagonalisering

UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Styf. Exempeltenta med lösningar Programmen EI, IT, K, X Linjär algebra juni 2004

2x + y + 3z = 1 x 2y z = 2 x + y + 2z = 1

SF1624 Algebra och geometri

Veckans teman. Repetition av ordinära differentialekvationer ZC 1, 2.1-3, 4.1-6, 7.4-6, 8.1-3

ax + y + 4z = a x + y + (a 1)z = 1. 2x + 2y + az = 2 Ange dessutom samtliga lösningar då det finns oändligt många.

Norm och QR-faktorisering

Del 1: Godkäntdelen. TMV142 Linjär algebra Z

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen Tisdagen den 15 december, 2009 DEL A

Vi skall här studera första ordningens homogena system av linjära dierentialekvationer

3x + y z = 0 4x + y 2z = 0 2x + y = Lös det överbestämda systemet nedan på bästa sätt i minsta kvadratmening. x = 1 x + y = 1 x + 2y = 2

4x az = 0 2ax + y = 0 ax + y + z = 0

Tentamen i Linjär algebra (TATA31/TEN1) ,

Preliminärt lösningsförslag

1 dy. vilken kan skrivas (y + 3)(y 3) dx =1. Partialbråksuppdelning ger y y 3

Uppgifter, 2015 Tillämpad linjär algebra

12. SINGULÄRA VÄRDEN. (u Av) u v

x (t) = 2 1 u = Beräkna riktnings derivatan av f i punkten a i riktningen u, dvs.

ALA-c Innehåll. 1 Linearization and Stability Uppgift Uppgift Egenvärdesproblemet Uppgift

SF1624 Algebra och geometri Bedömningskriterier till tentamen Tisdagen den 15 december, 2009

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Transkript:

1 Diagonalisering av matriser Kan alla matriser diagonaliseras? Nej, det kan de inte. Exempel: ẋ 1 = x 1 + 2x 2, Integrerande faktor: e t x 2 = x 2 x 2 (t) = c 2 e t och ẋ 1 x 1 = 2c 2 e t. e t x 1 e t x 1 = d dt (e t x 1 ) = 2c 2 x 1 (t) = (c 1 + 2c 2 t)e t. Vi försöker lösa ekvationssystemet på samma sätt som i kapitel 3, genom att diagonalisera A. A = 1 2 har endast ett egenvärde λ = 1 och egenvektorer x = s 1, s 0 0. Matrisen gick inte att diagonalisera, men ekvationssystemet har ändå en lösning. Vi måste alltså lära oss att hantera icke diagonaliserbara matriser. ẋ = Ax x(t) = e At x löser differentialekvationen x(0) = x = 0 Detta bevisas med oändliga summor i kapitel 5. (At) n n=0 n! 1

Sats 3.9 - Diagonaliserbar matris A är av typenn n alla egenvärden till A är olika A är diagonaliserbar (1) Bevis (för n=3): Vi ska visa att A har tre linjärt oberoende egenvektorer. Till varje egenvärde kan man välja en egenvektor, så låt oss bilda Q = a 1 S 1 + a 2 S 2 + a 3 S 3, en linjärkombination av dessa som är lika med nollvektorn 0. Vi skall visa att detta bara inträffar om koefficienterna a 1, a 2, a 3 alla är lika med noll. Q = 0 (λ 1 I A)(λ 2 I A)Q = 0 a 3 (λ 1 λ 3 )(λ 2 λ 3 )S 3 = 0 Detta kräver att a 3 = 0. På motsvarande sätt bevisas att även a 1, a 2 är noll. 2

Det som alla studenter i världshistoriens historia har haft stora problem med är omvändningen av sats 3.9. Vad händer om jag misslyckas med att hitta n-st olika egenvärden? Svar: Vi vet inte. 1. Matrisen kan vara diagonaliserbar ändå, ex. identitetsmatrisen har 1 egenvärde men n-st egenvektorer. 2. Behöver inte vara diagonaliserbar, ex. 1 1 Kom ihåg: Olika egenvärden diagonaliserbar. Multipla egenvärden inget kan fastställas. < n st egenvektorer ej diagonaliserbar. Vissa matriser som till exempel 1 0 kan diagonaliseras medan andra som 1 2 inte kan det, men de har ändå samma egenvärde och karakteristiska polynom! Exempel Lös ekvationen: ẋ = 2 1 x 1 2 Lösning: det(λi A) = (λ 2) 2 + 1 λ 1,2 = 2 ± i. λ 1,2 är inte reell, skillnad? Ingen. Fortsätt som vanligt. 3

Eftersom matrisen är på formen 2 2 och vi har två olika egenvärden så är den diagonaliserbar med egenvektorer S 1 = 1 c, c 0 i Notera att AS 1 = λ 1 S 1 = AS 1 = λ 2 S 1 Det vill säga att: S 2 = S 1 = 1 i Därmed är x(t) = c 1 e (2+i)t S 1 + c 2 e (2 i)t S 2. För alla egenvektorer (speciellt komplexa) så gäller att om S 1 är en egenvektor så är S 2 = S 1 Komponentvis fås: x 1 (t) = e 2t (C cos t + D sin t) och x 2 (t) = e 2t (D cos t C sin t) 2 Olika användbara matrisegenskaper Sats 3.12 B = S 1 AS p B (λ) = p A (λ). 4

Bevis: p B (λ) = det(λi B) = = det(λi S 1 AS) = = det(λs 1 S S 1 AS) = = det(s 1 (λi A)S) = = det(s 1 det(λi A) det(s) = = p A (λ). Följdsatser: n det(a) = λ i (2) i=1 n tr(a) = λ i (3) i=1 5

Övning 3.6: Az = λz z är egenvektor av (ai + ba), vad är egenvärden? (ai + ba)z = aiz + baz = (a + bλ)z. Övning 3.7 a) Az = λz A 2 z = λ 2 z Bevis: A 2 z = A(Az) = A(λz) = λaz = λ 2 z Men detta fungerar inte åt andra hållet om A är en elak matris. Övning 3.7 b) 1 1 A = 2, A2 = 0. 0 0 1 0 0 S 1 = (1, 0, 0) A 2 har egenvärden 0, 1 och egenvärden: 1 S 2 = (1, 1, 0), S 3 = ( 1, 0, 1) 0 S 1 = (1, 0, 0) A har egenvärden 0, 1, 1 och egenvärden: 1 S 2 = (1, 1, 0) 1 S 3 = (0, 1, 1) Övning 3.8 1 1 Vi har en matris A sådan att A. = n. A har (n 1) linjärt oberoende 1 1 egenvektorer med egenvärde noll. Låt y vara en vektor sådan att: y z = 0 Det vill säga y 1 + y 2 +... + y n = 0 6

Jag har (n 1) vektorer av den typ som uppfyller detta. Jag vet inte vad Ay är, men jag vet att: Ay = c 1 X 1 + c 2 X 2 +...c n z (Ay)z = yc n Här tappade han bort sig och bestämde han sig för att A är symmetrisk. 7