矩陣函式

矩陣函式

矩陣函式的概念與通常的函式概念類似,不同在於矩陣函式的自變數和因變數都是n階矩陣。矩陣函式一般用冪級數表示。矩陣函式與矩陣值函式是矩陣理論的重要內容,它們在力學、控制理論、信號處理等學科中具有重要套用。

定義

矩陣函式 矩陣函式
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設復變冪級數的收斂半徑是R,且在收斂域內,當矩陣A的譜半徑,定義,並稱為矩陣A的函式 。

常用的矩陣函式

矩陣函式 矩陣函式

(1)矩陣指數函式:對於任意A ,有:

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(2)正弦函式,是一種矩陣三角函式:對於任意A,有:

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(3)餘弦函式,是一種矩陣三角函式:對於任意A,有:

矩陣函式 矩陣函式

定理

矩陣函式 矩陣函式

1、定理1:假設,則有:

矩陣函式 矩陣函式

(1);

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(2)。

注意:因為矩陣的乘法不滿足交換律, 因此矩陣函式不一定滿足一般函式的所有性質。

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2、定理2:設,且AB=BA,則有:

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(1);

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(2);

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(3)。

3、根據定理 2 ,很容易證得下面結論:

矩陣函式 矩陣函式

推論 :設,則有:

矩陣函式 矩陣函式

(1);

矩陣函式 矩陣函式

(2);

矩陣函式 矩陣函式

(3)。

求解矩陣函式的方法

利用矩陣標準型

矩陣函式 矩陣函式

用矩陣標準型求矩陣函式的具體步驟如下:

(1)設方陣A相似於對角陣,即

矩陣函式 矩陣函式

,其中矩陣內的值是A的n個特徵值,則

矩陣函式 矩陣函式

(2)當A不能與對角陣相似時,則A必與Jordan標準型相似,設

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最後

矩陣函式 矩陣函式

利用最小多項式

矩陣函式 矩陣函式

用最小多項式求矩陣函式的具體步驟如下:

矩陣函式 矩陣函式
矩陣函式 矩陣函式

第一步 計算矩陣A的最小多項式,確定其次數m及特徵值;

矩陣函式 矩陣函式

第二步 設,確定出係數;

矩陣函式 矩陣函式

第三步 代入可求得。

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