EE263 Homework 7
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这次回顾EE263作业7。
10.9
(a)由行列式展开的特点,构成$s^n$的项为
所以$s^n$的系数为$1$。
(b)由行列式展开的特点,构成$s^{n-1}$的项为
所以$s^{n-1}$的系数为
(c)常数项为$s=0$时的多项式的值,即
(d)第一个等式由定义即可,所以
10.11
由条件可得
(a)
range:
因此
利用正交矩阵的特点可得正交补空间为
(b)因为
所以
那么对于$i\neq j$
此外
(c)
(d)因为
所以
(e)特征值为
对应的特征向量为
即
所以
因此
10.19
(a)注意到我们有
因为
所以
即
(b)
n = 6 ;
A =[-0.2880 -1.0174 0.4625 1.2678 -1.6342 0.8384 ; 1.5861 0.3352 2.1051 0.2998 0.3260 0.8293 ; 0.2411 -2.3091 -0.0736 -0.6288 0.1439 0.5105 ; -1.2803 0.4842 0.7187 -0.8074 0.0901 1.3939 ; 1.2931 1.0224 -0.7501 0.0724 0.0088 1.7703 ; 0.5874 -0.4287 0.5852 -1.4978 -1.9009 -0.1749 ];
C =[-10.3166 3.4759 -0.8583 -2.5407 -3.4990 8.0032];
x_0 =[-1.2413; 0.5541; -0.3143; 1.0052; -0.0480; -0.2018];
r = 0.5000;
%(b)
N = 1000;
t = linspace(0, 10, N);
y_max = zeros(1, N);
y_min = zeros(1, N);
y_nom = zeros(1, N);
for i = 1:N
ynom = C * expm(A * t(i)) * x_0;
res = norm(C * expm(A * t(i)) * r);
y_nom(i) = ynom;
y_max(i) = ynom + res;
y_min(i) = ynom - res;
end
plot(t, y_nom, 'b-', t, y_min, 'r--', t, y_max,'r--')
11.13
实正规矩阵的形式为
其中
下面讨论如何得到$S$,假设
对于$ 1\le i \le r$,取$s_i$为对应的特征向量即可。
对于$i\ge r+1$,假设$\lambda_i$对应的复特征向量为
那么
对比实部虚部得到
所以
利用上式计算即可:
N = 10;
while 1
A = randn(N);
%特征值分解
[S0, Lambda] = eig(A);
Lambda = diag(Lambda);
%计算复特征值的数量
index = imag(Lambda) ~= 0;
if sum(index) > 0
break
end
end
S = zeros(N);
i = 1;
while i <= N
if index(i)
S(:, i) = real(S0(:, i));
S(:, i + 1) = imag(S0(:, i));
i = i + 2;
else
S(:, i) = S0(:, i);
i = i + 1;
end
end
S \ A * S
ans =
3.3818 0.0000 -0.0000 -0.0000 -0.0000 -0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 1.2037 2.1094 -0.0000 -0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 -2.1094 1.2037 -0.0000 -0.0000 -0.0000 0.0000 -0.0000 -0.0000 0.0000
0.0000 -0.0000 0.0000 -0.4661 2.4649 0.0000 -0.0000 0.0000 -0.0000 -0.0000
-0.0000 0.0000 0.0000 -2.4649 -0.4661 -0.0000 -0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000
-0.0000 -0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000 -2.2108 0.9574 -0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 -0.0000 -0.9574 -2.2108 0.0000 0.0000 -0.0000
-0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000 -0.0000 -1.3388 0.0000 0.0000
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 1.0193 0.4240
-0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000 -0.0000 -0.4240 1.0193
12.1
(a)
设
那么
如果$A$列满秩,那么$Ax=0$不存在非零解,从而$b_i =0$,因此$B=0$,这就与题设矛盾,所以$A$行满秩,即
因为
所以$B^T x=0$有$m$个线性无关的解,因此
(b)正确,实际上,对于$A \in \mathbb{R}^{(2k+1) \times (2k+1)}$,该结论都成立。
首先由条件可得
取行列式可得
那么
(c)正确
(d)不正确,反例如下:
(e)正确,证明如下:
假设$AB$的$\lambda_i$的特征值对应的特征向量为$q_i$,那么
所以$\lambda_i $也是$BA$的特征值,反之同理。
(f)不正确,从上题中即可看出
(g)正确,利用反证法,假设$A$不可对角化,那么$A$存在阶数大于$1$的约当块$J$,不难看出$J^2$无法对角化,与题设矛盾。
13.1
首先
其次
补充题
1
因为
所以
代码如下:
n = 3;
A = randn(n);
[S1, Lambda1] = eig(A);
Lambda1 = diag(Lambda1);
% method 1
B = (eye(n) + A) / (eye(n) - A);
[S2, Lambda2] = eig(B);
Lambda2 = diag(Lambda2);
% method 2
Lambda3 = (1 + Lambda1) ./ (1 - Lambda1);
Lambda2
Lambda3
Lambda2 =
0.1312 + 1.4362i
0.1312 - 1.4362i
0.3422 + 0.0000i
Lambda3 =
0.3422 + 0.0000i
0.1312 + 1.4362i
0.1312 - 1.4362i