指數矩陣的數學求解和數值計算方法
e指數可定義為:
若A為1×1的矩陣,也就是數字(A=t),則exp(A)=exp(t);
若D為一個對角矩陣,則exp(D)就是每個對角元素作為指數;
若D為非對角矩陣
利用一個關係:
可以看到,一個非對角矩陣 ,令 ,則 ,其中 選擇為矩陣 的對角化矩陣;則利用這個關係,可以求出非對角矩陣的e指數;
舉例:
本例中,A為非對角矩陣,D為矩陣A對角化後的矩陣,P為特徵向量組成的矩陣;
一、求出矩陣的特徵值和特徵向量,以及兩者對應的矩陣
3 和 4
二、求特徵向量
3對應的特徵向量為(1,-2);4對應的特徵向量是(1,-1)
根據這個結果,寫出兩個矩陣;
其中 為待求的非對角矩陣
4和3是特徵值(1,-1)為4對應的特徵向量,(1,-2)為3對應的特徵向量; 為特徵向量組成的矩陣; 是 的逆矩陣.
注意的是:4和3的順序沒關係,i.e.如果矩陣寫為[3,0;0,4]則對應向量組成的矩陣也修改一下即可,結果不變;
三、結果為
四、指數矩陣的一些性質
參考文獻:
https://github.com/littlesujin/Matlab/blob/master/%E6%8C%87%E6%95%B0%E7%9F%A9%E9%98%B5.pdf軟體計算指數矩陣的方法
Matlab中,用到expm(a)實現,如
在mathematica中,用MatrixExp[a]實現。
很多地方討論指數矩陣的求法時,沒有提到最重要的那個性質,不容易理解為什麼要採用這幾個步驟;
做一個筆記記錄一下。
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