R: 0, , = 6000 D : 0, , = 4000 La v n = angi fordelingen etter n år (dvs. a b n stemmer for R og

Like dokumenter
Egenverdier for 2 2 matriser

Diagonalisering. Kapittel 10

16 Ortogonal diagonalisering

Minste kvadraters løsning, Symmetriske matriser

Vi skal koble diagonalisering av matriser sammen med ortogonalitet. Skal bl.a. se på

MA1201/MA6201 Høsten 2016

Vær OBS på at svarene på mange av oppgavene kan skrives på flere ulike måter!

MAT1120 Oppgaver til plenumsregningen torsdag 25/9

UNIVERSITETET I OSLO

Diagonalizering. En n n matrise A sies å være diagonaliserbar hvis den er similær med en diagonalmatrise D. A = PDP 1

MA1202/MA S løsningsskisse

UNIVERSITETET I OSLO

Løsninger for eksamen i MAT Lineær algebra og M102 - Lineær algebra, fredag 28. mai 2004, Oppgave 1. M s = = 1 2 (cofm 2) T.

6.4 Gram-Schmidt prosessen

12 Diagonalisering av matriser og operatorer (Ch. 5.1, 5.2 og 8.5)

a) Matrisen I uv T har egenverdier 1, med multiplisitet n 1 og 1 v T u, med multiplisitet 1. Derfor er matrisen inverterbar når v T u 1.

UNIVERSITET I BERGEN

Øving 5 Diagonalisering

7.1 forts. Schur triangularisering og spektralteoremet

Kap. 7 Symmetriske matriser og kvadratiske former

Universitet i Bergen. Eksamen i emnet MAT121 - Lineær algebra

Løsningsforslag til eksamen i MA1202/MA6202 Lineær algebra med anvendelser høsten 2009.

7.4 Singulærverdi dekomposisjonen

13 Oppsummering til Ch. 5.1, 5.2 og 8.5

UNIVERSITY OF OSLO. Faculty of Mathematics and Natural Sciences. Matlab-utskrift (1 side).

MAT Prøveeksamen 29. mai - Løsningsforslag

Egenverdier og egenvektorer

= 3 11 = = 6 4 = 1.

TMA4110 Eksamen høsten 2018 EKSEMPEL 1 Løsning Side 1 av 8. Løsningsforslag. Vi setter opp totalmatrisen og gausseliminerer: x 1 7x 4 = 0

Løsningsforslag MAT 120B, høsten 2001

MA2501, Vårsemestre 2019, Numeriske metoder for lineære systemer

MA1201 Lineær algebra og geometri Løsningsforslag for eksamen gitt 3. desember 2007

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1110, uka 13/4-16/4

MAT UiO. 10. mai Våren 2010 MAT 1012

Løsningsforslag for eksamen i Matematikk 3 - TMA4115

Eksamen i ELE Matematikk valgfag Torsdag 18. mai Oppgave 1

y(x) = C 1 e 3x + C 2 xe 3x.

Eksamensoppgave i TMA4115 Matematikk 3

TMA4110 Matematikk 3 Eksamen høsten 2018 Løsning Side 1 av 9. Løsningsforslag. Vi setter opp totalmatrisen og gausseliminerer:

A 2 = PDP 1 PDP 1 = PD 2 P 1. og ved induksjon får vi. A k = PD k P 1. Kommentarer:

EKSAMENSOPPGAVER FOR TMA4110/TMA4115 MATEMATIKK 3

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MA1202/MA6202 VÅR 2010

MAT-1004 Vårsemester 2017 Prøveeksamen

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2013

LØSNINGSSKISSE TIL EKSAMEN I FAG SIF august 2001

Løsning Eksamensrelevante oppgaver i ELE 3719 Matematikk Vektorer, matriser og lineær algebra Dato Februar Oppgave 1. (A) Vi leser av at

MAT 1120: Obligatorisk oppgave 2, H-09

Løsningsforslag til eksamen i MA1202/MA6202 Lineær algebra med anvendelser våren 2009.

Innlevering BYPE2000 Matematikk 2000 HIOA Obligatorisk innlevering 3 Innleveringsfrist Torsdag 24. april 2014 før forelesningen Antall oppgaver: 9

Generelle teoremer og denisjoner MA1201 Lineær Algebra og Geometri - NTNU Lærebok: Anton, H. & Rorres, C.: Elementary Linear Algebra, 11.

7 Egenverdier og egenvektorer TMA4110 høsten 2018

Lineær algebra. 0.1 Vektorrom

EKSAMENSOPPGAVE. to A4 ark egne notater og Rottmanns tabeller. Kontaktperson under eksamen: Professor Andrei Prasolov. Telefon:

5.8 Iterative estimater på egenverdier

EKSAMEN I MA1202 LINEÆR ALGEBRA MED ANVENDELSER

Emne 10 Litt mer om matriser, noen anvendelser

Side av 5 fra matriseteori har vi at en symmetrisk matrise alltid er ortogonalt diagonaliserbar. Det vil si at X kan skrives på formen X = M M (6) der

EKSAMEN I NUMERISK LINEÆR ALGEBRA (TMA4205)

Kap. 6 Ortogonalitet og minste kvadraters problemer

EKSAMEN I MATEMATIKK 3 (TMA4110)

Eksamensoppgave i TMA4110/TMA4115 Calculus 3

=cos. =cos 6 + i sin 5π 6 = =cos 2 + i sin 3π 2 = i.

Eksamen, høsten 13 i Matematikk 3 Løsningsforslag

MAT1120 Notat 2 Tillegg til avsnitt 5.4

Eksamensoppgave MAT juni 2010 (med løsningsforslag)

MAT1120 Notat 2 Tillegg til avsnitt 5.4

Kapittel 3. Mer om egenverdier og egenvektorer. 3.1 Komplekse n-tupler og vektorer

Oppgaver til seksjon med fasit

EKSAMEN I MA1202 OG MA6202 LINEÆR ALGEBRA MED ANVENDELSER

Lineær algebra-oppsummering

EKSAME SOPPGAVE MAT-1004 (BOKMÅL)

Generelle teoremer og definisjoner MA1201 Lineær Algebra og Geometri - NTNU

Oversigt [LA] 11, 12

EKSAMEN I TMA4110 MATEMATIKK 3 Bokmål Mandag 6. juni 2011 løsningsforslag

Forelesning 14 Systemer av dierensiallikninger

Oversigt [LA] 11, 12

Kap. 5 Egenverdier og egenvektorer

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

LO510D Lin.Alg. m/graf. anv. Våren 2005

TMA4110 Matematikk 3 Haust 2011

Kap. 6 Ortogonalitet og minste kvadrater

15 Hovedprinsippet for vektorrom med et indre produkt

Utkast til løsningsforslag til eksamen i emnet MAT Lineær algebra Utan ansvar for feil og mangler Mandag 31. mai 2010, kl

MAT-1004 Vårsemester 2017 Prøveeksamen

12 Projeksjon TMA4110 høsten 2018

EKSAMEN I TMA4110 MATEMATIKK 3 Bokmål Fredag 4. desember 2009 løsningsforslag

Pensum i lineæralgebra inneholder disse punktene.

Kap. 5 og Notat 2 Oppsummering

Universitet i Bergen. Eksamen i emnet MAT121 - Lineær algebra

Rom og lineæritet. Erik Bédos. Matematisk Institutt, UiO 2012.

MAT UiO mai Våren 2010 MAT 1012

5.5 Komplekse egenverdier

Oppgave 1 (25 %) - Flervalgsoppgaver

MAT3000/ Våren 2013 Obligatorisk oppgavesett nr. 2 Løsningsskisse

5.6 Diskrete dynamiske systemer

Notat2 - MAT Om matriserepresentasjoner av lineære avbildninger

Obligatorisk innleveringsoppgave, løsning Lineær algebra, Våren 2006

tilfeller tatt for gitt ved universiteter og høyskoler. Her er framstillingen kortfattet, meningen er at dette kan brukes som referanse.

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2013

Eksamensoppgavehefte 2. MAT1012 Matematikk 2: Mer lineær algebra

Transkript:

EGENVERDIER FOR MATRISER a Motiverende eksempel En by i USA har 0000 innbyggere som stemmer ved valget hvert år. I dag stemmer 8000 for R og 000 for D. Hvert år går 30% fra R til D og 0% fra D til R. Hva er fordelingen mellom R og D etter år? Etter 5 år? Etter n år? I det lange løp? Etter år: R: 0, 7 8000 + 0, 000 6000 D : 0, 3 8000 + 0, 8 000 4000 an La v n angi fordelingen etter n år dvs. a b n stemmer for R og n 8000 6000 b n stemmer for D. Vi har da v 0, v 000 Av 4000 0, der 0, 7 0, A. Videre får vi v 5 A 5 v 0 og v n A n v 0. Vi trenger da en metode for å regne ut A n. For å gjøre dette trenger vi å undersøke egenverdier og egenvektorer nærmere. b Eksempler på egenverdier og egenvektorer Se side 00 og 95 for repetisjon. Eksempel: 0 0 λ 0 La A. Får da λi A, så detλi 0 λ A λ, så 0 er eneste egenverdi for A. Eksempel: 0, 7 0, La oss se på matrisa fra del a, dvs. A. λ 0, 7 0, Egenverdiene: detλi A det λ 0, 3 λ 0, 8 0, 7λ 0, 8 0, 06 λ λ, så vi får to egenverdier, nemlig λ og λ. Egenvektorene: La λ λ : Betrakt ligningssystemet I x 0, 3 0, x 0 Ax 0, der x, dvs., x 0, 3 0, x 0 noe som gir ligningen 0, 3x 0, x 0. La x t R. Da er x t, og vi har løsningene {t 3 t R}. Egenvektorene 3 med egenverdi er da {t 3 t 0 R}, f.eks. v. 3

EGENVERDIER FOR MATRISER La nå λ λ. Betrakt ligningssystemet I Ax 0. Tilsvarende regning som over gi at egenvektorene med egenverdi er {t t 0 R}, f.eks. v. c Diagonaliserbare matriser Denisjon. En -matrise A over R er diagonaliserbar hvis det ns en inverterbar -matrise P slik at P AP D, der D er en d 0 diagonalmatrise, dvs. D for d 0 d, d R. Eksempel: La A. Da er A diagonaliserbar, for hvis 0 P, så er P inverterbar siden det P 0, og regning gir at 0 0 0 P, og P AP. 0 Eksempel: 0 0 La A. Da er A ikke diagonaliserbar. Anta at 0 a b P er inverterbar, og at P c d d 0 AP D. Regn ut 0 d og få en motsigelse. Hvorfor er diagonalisering interessant? Når P AP D, så har vi A P DP, og dermed er A P DP P DP P D P. d Ser da at A n P D n P, og D n n 0 d 0 0 d n når D. 0 d Dermed kan A n lett beregnes. Hvordan nner vi P? Setning 0.. La A være en -matrise. Anta at λ λ er egen- v v verdier for A, og la v og v v være tilhørende egenvektorer. La P v v v v v. Anta at P er inverterbar. v v Da har vi P λ 0 AP D, der D. 0 λ a a Bevis. La A. Vi har Av a a λ v og Av λ v, a a dvs. v λ v a a og v λ v. a v λ v a v λ v a Dermed har vi AP a a a v v a a v v λ v λ v λ v λ v

EGENVERDIER FOR MATRISER 3 v v λ 0 P D. Da P er inverterbar, har vi P v v 0 λ AP D. Merknad. En kan vise at antagelsen om at P er inverterbar kan sløyfes, da det vil være en konsekvens av de andre antagelsene. Tilbake til eksempel a: Vi bruker setningen over til å nne P 0, 7 0, slik at P AP D for A, dvs. la P som 3 er inverterbar. Har da P. Får da ved litt regning at 5 3 n 0 A n P 0 P + 3 5 5 n 5 5 3 n 3 3 +, og dermed A n v 0 5 5 n 5 5 n 8000 4000 + A n 4000 n 000 6000. Etter 5 år er da fordelingen gitt ved 4000 n 45 v 5 A 5 v 0. I det lange løp dvs. når n vil fordelingen 5875 4000 gå mot. 6000 d Ortogonale matriser Denisjon. La A være en -matrise over R. Vi sier at A er ortogonal hvis A T er den inverse matrisen til A dvs. A T A. Merknad. A er ortogonal hvis og bare hvis A T A I. Bevis. : Anta A ortogonal, dvs. A T A. Da har vi at A T A A A I. : Anta A T A I. Har da fra Theorem.6.3 i boka at A T A, så A er ortogonal. Eksempel: cos θ sin θ cos θ sin θ La A. Ser at A sin θ cos θ T. sin θ cos θ Siden deta cos θ + sin θ, så er A inverterbar, og vi har cos θ sin θ A. Ser da at A sin θ cos θ A T, så A er ortogonal. Denisjon. La v, v være to vektorer i R. Da kaller vi {v, v } en ortogonal mengde hvis v v 0. Hvis vi i tillegg har v v, så kaller vi {v, v } en ortonormal mengde. Eksempel: {0,,, 0} er en ortonormal mengde. Ser at 0,, 0 0 + 0 0, at, 0 + 0, og at 0, 0 +. Eksempel: {,,, at,, +, og at, } er en ortonormal mengde. Ser 0, at, +.

4 EGENVERDIER FOR MATRISER Setning 0.. En -matrise A er ortogonal søylevektorene {v, v } i A er en ortonormal mengde i R. a a Bevis. La A v a a v. Da er A T a a a a v T v v T. Vi får da A T T A v v v T v v v v. Ser v v v v da at A er ortogonal A T v v A I v v 0 v v v v 0 v v, v v 0, v v 0 og v v {v, v } er en ortonormal mengde i R. e Ortogonalt diagonaliserbare matriser Denisjon. A er ortogonal diagonaliserbar hvis det eksisterer en ortogonal matrise P som diagonaliserer A, dvs. P AP D, hvor D er en diagonalmatrise. Merknad. Ser at vi legger et sterkere krav på P enn i denisjonen av diagonaliserbar. Setning 0.3. A er ortogonalt diagonaliserbar A er symmetrisk Bevis. Vi vil bare vise en retning. : Anta A er ortogonalt diagonaliserbar. Vi vil vise at A er symmetrisk. Har at det eksisterer en ortogonal matrise P slik at P AP D, så A P DP. Siden P er ortogonal, så er P P T, så A P DP T. Får da at A T P DP T T P T T D T P T P DP T A, så A er symmetrisk. Setning 0.4. La A være symmetrisk, la λ λ være egenverdier til A med tilhørende egenvektorer v og v med v v. Da er P v v en ortogonal matrise og det er den vi bruker til å diagonalisere. Eksempel: La A. Vi ønsker å nne en ortogonal P slik at P AP D er en diagonalmatrise. Først trenger vi egenverdiene λ til A: detλi A det λ λ 4. Vi får da egenverdiene λ 3 og λ. Vi må så nne egenvektorer med lengde. Vi starter med å nne en egenvektor til λ : Vi må da løse x 0 ligningsettet 3I Ax 0, dvs.. La x x 0 t. Vi får da x t, så egenvektorene er {t t 0 R}. Vi ønsker at egenvektoren har norm en, så vi må løse ligningen t t

EGENVERDIER FOR MATRISER 5. Ser da at t gir en løsning, så v er en løsningsvektor med norm v. Tilsvarende regning gir at v er en løsningsvektor til ligningen I Ax 0 med norm v. Vi har da at P er en ortogonal matrise, og P AP 3 0 er en diagonal matrise. 0 Setning 0.5. La A være en symmetrisk matrise over R. Da har vi detλi A λ λ λ λ, der λ og λ er reelle tall. Merknad. Konklusjonen gjelder ikke for vilkårlige -matriser. Hvis 0 λ vi ser på matrisa A, så har vi detλi A 0 λ λ +, som ikke kan faktoriseres som i setningen. Dermed har A ingen relle egenverdier.