盖尔圆盘定理证明

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问题描述:

盖尔园定理

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2023-10-23 18:42:28

Schur定理: 任意nxn实矩阵A, 存在酉矩阵U与上三角阵R, 使得A=U*R*U(T) (U(T)表示将矩阵U共轭转置), R中的元素, 可能为复数.

(而且还可以进一步要求R的对角元素为矩阵A的特征值, 还可以按顺序排列.)

矩阵的QR分解定理: 任意nxn实矩阵A, 存在正交阵Q与上三角阵R, 使得A=Q*R

(证明用到数值分析中的Householder变换, 好像还有矩阵收缩技巧)

Schur定理的证明:

给定nxn实矩阵A, 可以求出A的n个特征值, 不妨设为c1,c2,...,cn(顺序没有要求). 我们假设存在上述的U与R, 只要将它们求出来了, 即可说明其存在性了, 同时也说明了其构造或求解的过程. 同时为了过程简略,设特征值互不相同. 特殊情况在最后再加以说明.

设A,U,R的元素分别为aij,uij,rij, 矩阵分块,列向量分别为ai,ui,ri.i,j=1,...n.

A=U*R*U(T)等价于A*U=U*R.

下面的过程, 只是为了解出U,R. 令R的对角元为c1,c2,...cn. 左下角的全为0, 只有右上角的(n^2-n)/2个待求变量. U中有n^2个变量.下面就求出这些变量,注意要利用另一个条件,就是矩阵U的性质(酉矩阵)

将矩阵作如下分块: A*(u1,u2,...un)=U*(r1,r2,...rn). 先看乘积后的第一列: A*u1=U*r1.

由于R为上三角阵, 且对角元为A的特征值, 所以列向量r1只有第一个元素为c1, 其余的全为0. 所以上式就可以化为: A*u1=c1*u1. u1为A的特征值c1所对应的特征向量, 当然存在, 可以求出来了. 再利用酉矩阵的性质(不同的列向量都正交,且为单位向量, 所以要将u1单位化. 这样, 得到U的第1列u1.

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2023-10-23 18:42:28

盖尔圆盘定理(Gershgorin Circle Theorem)是矩阵理论中的一个重要定理,它描述了矩阵特征值在复平面内的分布情况。

以下是该定理的一个简单的证明:

设 $A$ 是一个 $n

imes n$ 的复矩阵,$lambda$ 是 $A$ 的一个特征值,对应的特征向量为 $mathbf{x}$。则 $Amathbf{x}=lambda mathbf{x}$。我们可以将 $A$ 对角化,即找到一个可逆矩阵 $P$,使得 $P^{-1}AP$ 是一个对角矩阵,对角线上的元素为 $A$ 的特征值。

由于 $mathbf{x}$ 是 $A$ 的特征向量,因此 $Pmathbf{x}=lambda mathbf{x}$。将等式两边左乘 $P^{-1}$,得到 $P^{-1}APmathbf{x}=P^{-1}lambda mathbf{x}$。由于 $P^{-1}$ 是可逆矩阵,我们可以将等式两边同时乘以 $P^{-1}$,得到 $P^{-1}APmathbf{x}P^{-1}=P^{-1}lambda P^{-1}mathbf{x}P^{-1}$。由于 $P^{-1}$ 是可逆矩阵,我们可以将等式两边同时乘以 $P^{-1}$,得到 $P^{-1}APmathbf{x}P^{-1}=P^{-1}lambda P^{-1}mathbf{x}P^{-1}$。由于 $P^{-1}mathbf{x}=lambda mathbf{x}$,我们可以得到 $P^{-1}APmathbf{x}P^{-1}=P^{-1}lambda mathbf{x}P^{-1}$。因此,$A$ 的特征值 $lambda$ 对应的特征向量 $mathbf{x}$

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2023-10-23 18:42:28

1. 盖尔圆盘定理被证明是正确的。

2. 这是因为盖尔圆盘定理是由法国数学家盖尔在19世纪提出的,它表明任意一个简单闭合曲线都可以用有限个互不相交的圆来覆盖。

3. 盖尔圆盘定理的证明是基于数学的拓扑学理论,通过构造一种特殊的覆盖方式,可以将闭合曲线覆盖成有限个圆。这个定理的证明对于理解曲线的性质和拓扑学的研究具有重要意义,同时也为其他相关问题的研究提供了基础。

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2023-10-23 18:42:28

盖尔圆盘定理是一个数学定理,它指出任何一个简单封闭曲线都可以被一系列互不相交的圆盘所覆盖。证明这个定理的一个方法是使用归纳法。首先,我们可以证明对于一个三角形,可以用一个圆盘覆盖。然后,假设对于n边形,可以用圆盘覆盖。

接下来,我们考虑n+1边形,我们可以找到一个边,将其分成两个边长为n和1的边。

根据归纳假设,我们可以用圆盘覆盖n边形部分,然后再用一个圆盘覆盖剩余的1边形部分。因此,我们可以用圆盘覆盖n+1边形。由此可见,任何简单封闭曲线都可以被一系列互不相交的圆盘所覆盖。

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