<<
>>

5. Вычисление собственных значений матрицы Методом Данилевского

Сущность метода Данилевского заключается в том, что исходная матрица А:

после преобразования подобия приводится к матрице Фробениуса Р:

,

то есть , где – неособенная матрица.

Так как подобные матрицы обладают одинаковыми характеристическими полиномами, то имеем:

.

Вначале нужно строку привести в строку . Предполагая, что , разделим все элементы – го столбца матрицы А на . Тогда её -ая строка примет вид

.

Затем вычтем - й столбец преобразованной матрицы, умноженный соответственно на числа , из всех остальных ее столбцов.

В результате получим матрицу, последняя строка которой имеет желаемый вид 0 0 … 1 0.

Произведя те же операции над единичной матрицей, получим матрицу

,

где при .

(1)

. (1')

Эти операции равносильны умножению справа матрицы на матрицу А.

, (2)

где при ,

при . (2')

Для подобия матриц нужно умножить полученную матрицу на слева: .

Очевидно, обратная матрица имеет вид

.

Обозначим , то есть

,

где (3)

при , (3')

то есть полученная матрица С подобна матрице А.

Продолжая этот процесс, получим матрицу Фробениуса.

,

если все промежуточных преобразований возможны.

Пример. Привести к виду Фробениуса матрицу:

.

Решение. Вычисления будем располагать в таблице 4. В строках 1–4 помещаем элементы данной матрицы и контрольные суммы в .

Элемент . В строке I записываем элементы третьей строки матрицы , вычисляемые по формулам (1), (1'):

, ,

, .

Сюда же помещаем элемент . Число -3,375 должно совпасть с элементами строки I , не входящими в контрольный столбец (после замены элемента на -1).

В строках 5–8 в графе выписываем третью строку матрицы , которая совпадает с четвертой строкой исходной матрицы А. В строках 5–8 в соответствующих столбцах выписываем элементы матрицы , вычисляемые по формулам (2), (2'):

Преобразованные элементы третьего столбца получаются с помощью умножения исходных элементов на . Например,

Таблица 4

Номер

строки

Столбцы матрицы Σ Σ/
1 2 3 4
1 1 3 2 4 10
2 5 9 4 1 19
3 7 3 2 6 18
4

8 7 8 4 27
I

-1

-0,875

0,125

-1

-0,5

-3,375

5 8 -1 1,25 0,25 3 3,5 3,25
6 7

1 5,5 0,5 -1 6,0 5,5

11,25

7

8 5 1,25 0,25 5 11,5
8 4 0 0 1 0 1 0
7/ 39

58,5

11,5 57 166
II

-0,67 0,017

-1

-0,127 -0,97 -2,83
9 39 -1,8333 0,021 0,004 1,782 -0,026 -0,047
10 58,5 -2,666 0,094 -0,5811 -6,3589 -9,512 -9,606
11 11,5 0 1 0 0 1 0
12 57 0 0 1 0 1 1
10/

-227,4597 17,818 23,16165 -302,4 -488,966
III

0,0044

1

0,0783 0,1 -1,3298 -2,14

13

-227,45 0,008 -0,1226 -0,1827 4,22 3,9228 3,91148
17,818 1 0 0 0 1 0
23,16165 0 1 0 0 1 1
-302,497 0 0 1 0 1 1
16 51 -261 -960

Соответственно, последняя строка матрицы В имеет вид (0 0 1 0). Для контроля пополним матрицу В преобразованными по аналогии элементами:

Полученные результаты записываем в столбце Σ/ .

Прибавив к ним элементы третьего столбца, будем иметь контрольные суммы:

для строк 5–8 (столбец Σ) .

Преобразование , произведенное над матрицей В и дающее матрицу , изменяет лишь третью строку матрицы В, то есть седьмую строку таблицы. Элементы строки получаются по формулам (3), () . Например:

.

Те же преобразования проводим над столбцом Σ:

.

В результате получаем матрицу С, состоящую из строк 5, 6, , 8 с контрольными суммами Σ. Далее, приняв матрицу С за исходную и выделив элемент , продолжим процесс аналогичным образом.

Таким образом, матрица Фробениуса имеет вид

Отсюда, решая уравнение , найдем собственные значения исходной матрицы.

<< | >>
Источник: Котюргина, А.С.. Численные методы: учеб. пособие / А. С. Котюргина. – Омск: Изд-во ОмГТУ,2010. – 84 с.. 2010

Еще по теме 5. Вычисление собственных значений матрицы Методом Данилевского: