Матричные функции и линейные дифференциальные уравнения - Крикоров, страница 4
Описание файла
PDF-файл из архива "Матричные функции и линейные дифференциальные уравнения - Крикоров", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "математический анализ" из 1 семестр, которые можно найти в файловом архиве МФТИ (ГУ). Не смотря на прямую связь этого архива с МФТИ (ГУ), его также можно найти и в других разделах. .
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст 4 страницы из PDF
᫨ ¬ âà¨æ A ¯®à浪 2 × 2 ¨¬¥¥â ¤¢ ¢¥é¥á⢥ëå ᮡá⢥ëå § 票ï, â® á¨á⥬ ãà ¢¥¨© (9.9)¨¬¥¥â á«¥¤ãî騩 ¢¨¤:C1 + C2 = I,λ1 C1 + λ2 C2 = A.¨á⥬ «¥£ª® à¥è ¥âáïλ1 C1 + λ2 (I − C1 ) = A, ᨫã ⥮६ë 9.2n−1᪫îç ¥¬ ¨§ á¨á⥬ë ãà ¢¥¨© (9.11) Cn−1 ¯à¨ ¯®¬®é¨¢ëç¨â ¨ï ¨§ ª ¦¤®£® ãà ¢¥¨ï ¯à¥¤ë¤ã饣® ãà ¢¥¨ï, 㬮¦¥®£® λn−1.
®«ãç ¥¬ á¨á⥬ã ãà ¢¥¨©«¥¤®¢ ⥫ì®,eAt =C1 =A − λ2 I,λ1 − λ2C2 =A − λ1.λ2 − λ1A − λ2 I λ1 tA − λ1 λ2 te +e .λ1 − λ2λ2 − λ1ਬ¥à 9.2. ᫨ ¬ âà¨æ A ¯®à浪 2 × 2 ¨¬¥¥â ª®¬¯«¥ªá®¥ ᮡá⢥®¥ § 票¥ λ = α + iβ , β > 0, â®eAt = Ceλt + Ceλ̄t = C1 eαt cos βt + C2 eαt sin βt. ᪫ ¤ë¢ ï ¢ àï¤ äãªæ¨¨ ¢ ¯à ¢®© ¨ «¥¢®© ç á⨠í⮣®à ¢¥á⢠, ¯®«ãç ¥¬, çâ®I + At + . . . = C1 (1 + αt + . .
.) + C2 (βt + . . .).31à¨à ¢¨¢ ï ª®íää¨æ¨¥âë ¯à¨ t0, t, ¯®«ãç ¥¬ á¨á⥬ããà ¢¥¨© ¤«ï ®¯à¥¤¥«¥¨ï ¬ âà¨æ C1, C2:C1 = I, ª ª ª ¬ âà¨æë I ¨ J ¯¥à¥áâ ®¢®çë, J n = 0, â® ¢ ᨫã⥮६ 9.1 ¨ 9.5e(λI+tJ)t = eλtI · eλJt = eλt I ·αC1 + βC2 = A.«¥¤®¢ ⥫ì®,1C2 = (A − αI),βk=0Ate1= Ie cos βt + (A − αI)eαt sin βt.β⎛0100⎛⎜I + λJ = ⎜⎝λ1λ......00⎞⎟⎟1⎠λ §ë¢ îâ ¦®à¤ ®¢ë¬ ¡«®ª®¬.¥®à¥¬ 9.6. ᫨ λI +J | ¦®à¤ ®¢ ¡«®ª à §¬¥à n×n,â® ©¤¥âáï â ª®© ¬®£®ç«¥ P (t) á⥯¥¨ n − 1 á ¬ âà¨ç묨ª®íää¨æ¨¥â ¬¨, çâ®e(λI+tJ)t = P (t)eλt .(9.12)n−1 tkk=0k!k!J k = P (t)eλt ,J k.¥®à¥¬ 9.7. ᫨ ¬ âà¨æ A ¨¬¥¥â ᮡáâ¢¥ë¥ § 票ïλ1 , .
. . , λp ªà â®á⥩ k1 , . . . , kp , â® ©¤ãâáï ¬®£®ç«¥ëPk (t) á⥯¥¥© k1 − 1, . . . , kp − 1 â ª¨¥, çâ®Ate⎞... ⎟⎟.... 1 ⎟⎠... 00 ¬ âà¨æë J 2 = (J˜ij ) í«¥¬¥âë J˜i,i+2 = Ji,i+1Ji+1,i+2 = 1, ¢á¥ ®áâ «ìë¥ í«¥¬¥âë à ¢ë ã«î. ª¨¬ ®¡à §®¬, ã ¬ âà¨æë J 2 ¥¤¨¨æë § ¯®«ïîâ ¢â®àãî ¢¥àåîî ¤¤¨ £® «ì,ã ¬ âà¨æë J k , k < n, ¥¤¨¨æë § ¯®«ïîâ k-î ¢¥àåîî ¤¤¨ £® «ì, J n = 0. âà¨æã⎜⎜J =⎜⎝P (t) =αt áᬮâਬ ª¢ ¤à âãî ¬ âà¨æã J = (Jij ) à §¬¥à n×n, 㪮â®à®© í«¥¬¥âë Ji,i+1 = 1, ¢á¥ ®áâ «ìë¥ í«¥¬¥âë à ¢ëã«î.
¬ âà¨æë J ¥¤¨¨æë § ¯®«ïîâ ¯¥à¢ãî ¢¥àåîî ¤¤¨ £® «ì:32n−1 tk=p(9.13)Pk (t)eλk t .k=1§ â¥®à¥¬ë ®à¤ á«¥¤ã¥â, çâ® ¬ âà¨æ ¡«®ç®-¤¨ £® «ì®© ¬ âà¨æ¥A¯®¤®¡ A = S −1 diag(λ1 I1 + J1 , . . . , λp Ip + Jp )S. ᨫã ⥮६9.3 ¨ 9.6eAt = S −1 diag e(λ1 I1 +J1 )t , . . . , e(λp Ip +Jp )t S == S −1 diag P1 (t)eλ1 t , . . . , Pp eλp t S.¥à¥¬®¦ ï ¬ âà¨æë, ¯®«ãç ¥¬ ä®à¬ã«ã (9.12) .®à¬ã« (9.12) ¬®¦¥â ¡ëâì ¨á¯®«ì§®¢ ¤«ï 宦¤¥¨ïª®íää¨æ¨¥â®¢ ¬®£®ç«¥®¢ Pk (t). ¦¤ë© ¨§ ¬®£®ç«¥®¢Pk (t) ᮤ¥à¦¨â kp ¥¨§¢¥áâëå ª®íää¨æ¨¥â®¢. ᥣ® ¥¨§¢¥áâëå ª®íää¨æ¨¥â®¢ k1 + .
. . + kp = n. ᪫ ¤ë¢ ï ¯à ¢ãî ¨ «¥¢ãî ç á⨠ãà ¢¥¨ï (9.12) ¯® ä®à¬ã«¥ ¥©«®à ¨¯à¨à ¢¨¢ ï ª®íää¨æ¨¥âë ¯à¨ á⥯¥ïå tk , k = 1, n, ¯®«ãç ¥¬ á¨á⥬㠤«ï ®¯à¥¤¥«¥¨ï ¥¨§¢¥áâëå ª®íää¨æ¨¥â®¢.ਬ¥à 9.3. ãáâì ¬ âà¨æ A | âà¥â쥣® ¯®à浪 , ¨¬¥¥âᮡá⢥®¥ § 票¥ λ1 ªà â®á⨠2 ¨ ¯à®á⮥ ᮡá⢥®¥§ 票¥ λ2 . ®à¬ã«ã (9.12) ¬®¦® § ¯¨á âì ¢ á«¥¤ãî饬¢¨¤¥:eAt = (C1 + C0 t)eλ1 t + C2 eλ2 t ,33A2 t2 A3 t3++ ...
=26λ21 2λ22 2= (C1 +C0 t) 1 + λ1 t +t + . . . +C2 1 + λ2 t +t + ... .22I + At +à¨à ¢¨¢ ï ª®íää¨æ¨¥âë ¯à¨ ®¤¨ ª®¢ëå á⥯¥ïå t,¯®«ãç ¥¬ á¨á⥬ã ãà ¢¥¨©C1 + C2 = I,ãáâì A | ª¢ ¤à â ï ¬ âà¨æ à §¬¥à n × n. ®«®¦¨¬¯® ®¯à¥¤¥«¥¨îf (A) =⎛A = diag(λ1 , . . . , λn ) = ⎝᪫îç ï ¨§ á¨á⥬ë C0, ¯®«ãç ¥¬ á¨á⥬ã ãà ¢¥¨©C1 + C2 = I,+− 2λ1 λ2 )C2 = A2 − 2λ1 A.âªã¤ ¯®«ãç ¥¬, çâ®(λ2 − λ1 ) C2 = (A − λ1 I) ,(A − λ1 I)2(A − λ1 I)2C2 =,C=I−,1(λ2 − λ1 )2(λ2 − λ1 )2C0 = A − λ1 C1 − λ2 C2 = A − λ1 (I − C2 ) − λ2 C2 =(A − λ1 I)2= A − λ1 I − (λ2 − λ1 )C2 = A − λ1 I −=λ2 − λ1(A − λ1 I)(A − λ2 I)=−.λ2 − λ1ãáâì ᪠«ïà ï äãªæ¨ï f (t) ï¥âáï á㬬®© á室ï饣®áï á⥯¥®£® àï¤ :f (t) =∞k=034kαk t ,|t| < r....(10.1)⎞⎠.(10.3)λn∞αk diag(λk1 , .
. . , λkn ) == diag∞â®∞diag(αk λk1 , . . . , αk λkn ) =k=1αk λk1 , . . . ,k=1∞αk λkn= diag(f (λ1 ), . . .f (λn )). k=1 áᬮâਬ ¦®à¤ ®¢ ¡«®ª⎛⎜I + λJ = ⎜⎝λ1λ......00⎞⎟⎟.1⎠λ¥®à¥¬ 10.2. ¯à ¢¥¤«¨¢ á«¥¤ãîé ï ä®à¬ã« :f (n−1) (λ) n−1.J(n − 1)!(10.4) ª ª ª ¥¤¨¨ç ï ¬ âà¨æ ¯¥à¥áâ ®¢®ç á «î¡®© ª¢ ¤à ⮩ ¬ âà¨æ¥©, â®f (I + λA) = f (λ)I + f (λ)J + . .
. +§ 10*. âà¨çë¥ äãªæ¨¨0¥®à¥¬ 10.1. ᫨ ¬ âà¨æ A ¤¨ £® «ì ï, â® f (A) == diag(f (λ1 ), . . .f (λn )). ª ª ª Ak = diag(λk1 , . . .λkn ),k=12λ10f (A) =2(10.2)A < r.®à¬ã« (10.2) ®¯à¥¤¥«ï¥â ¬ âà¨çãî äãªæ¨î, â ª ª ªàï¤ (10.2) á室¨âáï ¡á®«îâ®. áᬮâਬ ¤¨ £® «ìãî ¬ âà¨æãλ21 C1 + 2λ1 C0 + λ22 C2 = A2 .(λ22αk Ak ,k=0λ1 C1 + C0 + λ2 C2 = A,−λ21 C1∞kλk k(k − 1) . . .(k − m + 1) m(J + λI) =J .m!k(10.5)m=035 ª ª ª J k = 0 ¯à¨ k n, â® ¯à¨ «î¡®¬ k ¢ á㬬¥ (10.5)¥ ¡®«¥¥, 祬 n á« £ ¥¬ëå. ® ⮣¤ f (J + λI) ==I∞∞kαk λ I + λk=0αk λk∞=kαk λJ n−1f (A) =k−1∞(n − 1)!J2+2!∞k−2k(k − 1)αk λk=0k(k − 1)(k − n + 2)αk λ ª ª ª ᮡáâ¢¥ë¥ § ç¥¨ï ¬ âà¨æë=¥®à¥¬ 10.3. ᫨ ¬ âà¨æ A ¡«®ç®-¤¨ £® «ì ï A == diag(A1 , . . .
, Ak ), â® f (A) = diag(f (A1 ), . . . , f (An )). ®ª § ⥫ìá⢮ á«¥¤ã¥â ¨§ «¥£ª® ¯à®¢¥à塞®£® ⮦¤¥á⢠An = diag(An1 , . . . , Ank ). ᫨ A = T −1 BT , â® f (A) = T −1 f (B)T . ª ª ª A = T −1 BT , ⮥®à¥¬ 10.4.A2 = T −1 BT T −1 BT = T −1 B 2 T, . . . , Ak = T −1 B k T.«¥¤®¢ ⥫ì®,f (A) =k=0αk A =αk T−1f (A) = T −1 f (diag(λ1 , . . .
, λn )) T == T −1 diag (f (λ1 ), . . . , f (λn )) T.= T −1∞¥ § ¢¨á¨â ®â ¢ë¡®à äãªæ¨¨¬ã«ã (10.6). ᫨=nf (λk ) = φ(λk ); k = 1,f,...,n,â®f (A) =nk=1Ck f (λk ) =Ck φ(λk ) = φ(A).¥®à¥¬ 10.6. ᫨ ¬ âà¨æ A ¨¬¥¥â ᮡáâ¢¥ë¥ § 票ï λ1, . . . , λp ªà â®á⥩ k1, . . . , kp; k1 + .
. . + kp = n, â® ©¤ãâáï â ª¨¥ ¬ âà¨æë Cmk , çâ® ¤«ï «¨â¨ç¥áª®© äãªæ¨¨ f (x)k=1f (A) =p kp −1Cmk f (k) (λm ).(10.8) ᫨ ¤«ï ¤¢ãå äãªæ¨©m=1 k=1αk B kT = T −1 f (B)T. ¥®à¥¬ 10.5. ᫨ ¢á¥ ᮡáâ¢¥ë¥ § 票ï λk ¬ âà¨æëà §«¨çë, â® ©¤ãâáï â ª¨¥ ¬ âà¨æë C1 , . . . , Cn , çâ® ¤«ï«î¡®© äãªæ¨¨, ¯à¥¤áâ ¢¨¬®© ¯à¨ t ∈ R ¢ ¢¨¤¥ á㬬ë á室ï-36T(10.7)â®, ¯¥à¥¬®¦ ï ¬ âà¨æë ¢ ä®à¬ã«¥ (10.7), ¯®«ãç ¥¬ ä®à-kk=0A ª ª ª ¬ âà¨æ B T =k=0à §«¨çë, ⮠ᨫã ⥮६ 10.3 ¨ 10.4f (λ) 2f (n−1) (λ) (n−1)= f (λ)I + f (λ)J +J + ... +J. 2!(n − 1)!kAA = T −1 diag(λ1 , . .
. , λn )T.+ . . .+k=0∞(10.6) ᫨ ¤¢¥ äãªæ¨¨ f (λ) ¨ φ(λ) ¯à¨¨¬ îâ ®¤¨ ª®¢ë¥ § ç¥¨ï ¢ â®çª å λk , â® φ(A) = f (A).∞Ck f (λk ).¬ âà¨æ ¯®¤®¡ ¤¨ £® «ì®© ¬ âà¨æ¥k−n+1nk=1k=0+1kJ + λk−2 J 2 + . . . + J k2!+k=0+Jk−1饣®áï á⥯¥®£® àï¤ , á¯à ¢¥¤«¨¢® á«¥¤ãîé ï ä®à¬ã« :f (k) (λm ) = φ(k) (λm );m = 1, . . . , p,k = 0, . . .
, kp − 1,â® f (A) = φ(A).§ â¥®à¥¬ë ®à¤ á«¥¤ã¥â, çâ® ¬ âà¨æ A¯®¤®¡ ¡«®ç®-¤¨ £® «ì®© ¬ âà¨æ¥A = T −1 diag(J1 + λ1 I1 , . . . , Jk + λk Ik )T,(10.9)37£¤¥ Ji + λi Ii | ¦®à¤ ®¢ë ¡«®ª¨ á ¤«¨®© ¤¨ £® «¨ ki . §â¥®à¥¬ 10.2, 10.3 ¨ 10.4 á«¥¤ã¥â, çâ®f (A) = f T −1 diag(J1 + λ1 I1 , . . . , Jp + λp Ip )T == T −1 diag (f (J1 + λ1 I1 ), . . . , f (Jp + λp Ip )) T. ᨫã ⥮६ë 10.4⎛k1 −1f (A) = T −1 diag ⎝k=0(10.10)⎞kp −1 (k) f (λp )f (k) (λ1 ) kJ1 , .
. . ,Jpk ⎠ T.k!k!k=0(10.11)¥à¥¬®¦ ï ¬ âà¨æë ¢ ä®à¬ã«¥ (10.11), ¯®«ãç ¥¬ ä®à¬ã«ã (10.8). ä®à¬ã«¥ (10.8) ¬ âà¨æë Cij ¥ § ¢¨áï⠮⠢롮à äãªæ¨¨ f . ᫨ ¤«ï ¤¢ãå äãªæ¨© f (k) (λm ) = φ(k) (λm ); k = 1,. . . , p, m = 0, . . . , kp − 1, â® ¨§ ä®à¬ã«ë (10.8) á«¥¤ã¥â, çâ®f (A) = φ(A).§ 11*. ëç¨á«¥¨¥ ¬ âà¨çëå äãªæ¨©¯à¨ ¯®¬®é¨ ¨â¥à¯®«ï樮ë嬮£®ç«¥®¢ãáâì ¢á¥ á®¡áâ¢¥ë¥ λ1 , . .
. , λn § ç¥¨ï ¬ âà¨æë Aà §«¨çë. áᬮâਬ ¬®£®ç«¥ënj=1,j=i (λ − λj )ri (λ) = n.j=1,j=i (λi − λj )祢¨¤®, çâ® ri (λi ) = 1, ri (λj ) = 0, i = j .®£®ç«¥ r(λ) §ë¢ ¥âáï ¨â¥à¯®«ïæ¨®ë¬ ¬®£®ç«¥®¬ £à ¦ ¤«ï äãªæ¨¨ f (λ), ¥á«¨ r(λi ) = f (λi ). ®£®-ç«¥r(λ) =nrj (λ)f (λj )j=1(11.1)¡ã¤¥â ¨â¥à¯®«ïæ¨®ë¬ ¬®£®ç«¥®¬ ¤«ï äãªæ¨¨ f (λ).¥©á⢨⥫ì®,r(λi ) =nj=138rj (λi )f (λj ) = ri (λi )f (λi ) = f (λi ). ᨫã ⥮६ë 10.5f (A) = r(A) =nf (λi )ri (A).(11.2)i=1 ¬¥â¨¬, çâ® ¤«ï ¢ëç¨á«¥¨ï äãªæ¨¨ ®â ¬ âà¨æë ¤®áâ â®ç® § âì ⮫쪮 ¥¥ ᮡáâ¢¥ë¥ § 票ï.¯à ¦¥¨¥ 11.1.
ãáâì ¬ âà¨æ A ¢â®à®£® ¯®à浪 ¨¬¥¥â ¤¢ ᮡá⢥ëå § 票ï λ1 ¨ λ2 , λ1 = λ2 .1) ®ª ¦¨â¥, çâ® ¤«ï «î¡®© «¨â¨ç¥áª®© äãªæ¨¨ f (λ)A − λ1 F(A − λ2 I)f (λ1 ) −f (λ2 ),λ1 − λ2λ1 − λ22) ᫨ λ1 = α + iβ , λ2 = α − iβ = ᾱ, β > 0, â®1F (A) =Im (A − λ̄I)f (λ) .2β3) ᫨ λ1 = λ0 , λ2 = λ0 + ε, â®(A − (λ0 + ε)I)f (λ0 ) − (A − λ0 )f (λ0 + ε).f (A) =ε¥à¥©¤¨â¥ ª ¯à¥¤¥«ã ¯à¨ ε → 0 ¨ ¯®«ãç¨â¥ ä®à¬ã«ã ¤«ï⮣® á«ãç ï, ª®£¤ λ0 | ªà ⮥ ᮡá⢥®¥ § 票¥. áᬮâਬ á«ãç ©, ª®£¤ ¬ âà¨æ A ¨¬¥¥â ªà âë¥ á®¡áâ¢¥ë¥ § 票ï. ãáâì ¬ âà¨æ A ¨¬¥¥â ᮡáâ¢¥ë¥ § 票ï λ1 , . .
. , λk ᮮ⢥âáâ¢ãîé¨å ªà â®á⥩ p1 , . . . , pk . ®£« ᮠ⥮६¥ 10.6 äãªæ¨ï f (A) ¨¬¥¥â á«¥¤ãîéãî áâàãªf (A) =âãàã:p kp −1(11.3) âà¨æë Cmk ¥ § ¢¨áï⠮⠢롮à äãªæ¨¨ f . ®£®ç«¥P (A) §ë¢ îâ ¨â¥à¯®«ï樮ë¬, ¥á«¨f (k) (λm ) = P (k) (λm ), k = 0, kp , m = 1, p.(11.4) ª ª ª f (A) = P (A), â® ¯®áâ஥¨¥ äãªæ¨¨ ®â ¬ âà¨æë᢮¤¨âáï ª ¯®áâ஥¨î ¨â¥à¯®«ï樮®£® ¬®£®ç«¥ . ®®â®è¥¨ï (11.4) ¯à¨¢®¤ïâ ª á¨á⥬¥ «¨¥©ëå ãà ¢¥¨© ¤«ï®¯à¥¤¥«¥¨ï ª®íää¨æ¨¥â®¢ ¨â¥à¯®«ï樮®£® ¬®£®ç«¥ .®ïᨬ ®¤¨ ¨§ ᯮᮡ®¢ ¯®áâ஥¨ï ¨â¥à¯®«ï樮®£®¬®£®ç«¥ á«¥¤ãî饬 ¯à¨¬¥à¥.f (A) =Cmk f (k) (λm ).m=1 k=139ਬ¥à 11.1.ãáâì ¬ âà¨æ ¯ï⮣® ¯®à浪 ¨¬¥¥âªà â®á⨠3 ¨ ᮡá⢥®¥ § 票¥Aᮡá⢥®¥ § 票¥ λ1λ2 ªà â®á⨠2.饬 ¨â¥à¯®«ïæ¨®ë© ¬®£®ç«¥ ¢ á«¥¤ãî饬 ¢¨¤¥:(11.5)r(λ) = (λ − λ1 )3 ψ1 (λ) + (λ − λ2 )2 ψ2 (λ),ψ1 (λ) = a0 + a1 (λ − λ2 ),ψ2 (λ) = b0 + b1 (λ − λ1 ) + b2 (λ − λ1 )2 . §«®¦¨¬ ¬®£®ç«¥ë ¢ ä®à¬ã«¥ (11.5) ¯® á⥯¥ï¬ λ−λ2.2−λ1 − λ2f (λ1 )f (λ1 )2f (λ1 )−−=23(λ1 − λ2 )(λ1 − λ2 )(λ1 − λ2 )41 f (λ1 )2f (λ1 )3f (λ1 )=−+.2 (λ1 − λ2 )2 (λ1 − λ2 )3 (λ1 − λ2 )4 áᬮâà¥ë© ¢ ¯à¨¬¥à¥ 11.1 ᯮᮡ ¯®áâ஥¨ï ¨â¥à¯®«ï樮®£® ¬®£®ç«¥ à á¯à®áâà ï¥âáï ¬ âà¨æë «î¡®£® ¢¨¤ , ® ¯à¨¢®¤¨â ª £à®¬®§¤ª¨¬ ¢ëç¨á«¥¨ï¬, ª®â®àë¥à §ã¬® ¯à®¢®¤¨âì ¯à¨ ¯®¬®é¨ ª®¬¯ìîâ¥àëå ¯à®£à ¬¬ ᨬ¢®«ìëå ¢ëç¨á«¥¨© (Matematica, Mapple ¨ â.¤.).r(λ) = r(λ2 ) + r (λ2 )(λ − λ2 ) + .