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¿Cómo convergen realmente las matrices estocásticas?

Se nos da la matriz $A= \begin {bmatrix}0.9&0.5 \\0.1 &0.5 \end {bmatrix}$ y cualquier vector inicial $X^{(0)}= \begin {bmatrix}a \\b\end {bmatrix}$ .

La matriz $A$ tiene el siguiente eigensistema:

$ \qquad\text {Eigenvalues}: 1,\,0.4 \\\qquad\text {Eigenvectors: }E_1= \begin {bmatrix}5&1 \end {bmatrix}^T, \,E_2= \begin {bmatrix}-1&1 \end {bmatrix}^T$

Dada en orden de aparición del valor propio.

Podemos escribir $A^nE_1=1^nE_1=E$ y también $A^nE_2=(0.4)^nE_2$ .

Desde $E_1$ y $E_2$ forman una base en $ \mathbb {R}^2$ ahora podemos escribir nuestro vector de valor inicial $X^{(0)}$ como $x_1'E_1+x_2'E_2$ . Sin embargo, ya que $X^{(n)}=A^nX^{(0)}$ y debido a la propiedad lineal de nuestra matriz obtenemos la siguiente ecuación:

$$A^nX^{(0)}=x_1'A^nE_1+x_2'E_2 \iff X^{(n)}=x_1'E_1+x_2'(0.4)^nE_2$$

Porque $0.4^n \rightarrow 0$ cuando $n \rightarrow\infty \iff X^{(n)} \rightarrow x_1'E_1$ cuando $n \rightarrow\infty $ . Como tal, $X^{(n)}$ siempre converge en el componente de $X^{(0)}$ en la dirección de $E_1$ .


Probando esto, digamos que tenemos el vector inicial $X$ donde $a=30,\,b=20$ .

Tengan en cuenta que $a+b=50$

$ \text {Proj}_{E_1}X^{(0)} \approx (32.6, 6.5)$

Y ahora, las proporciones son correctas, ya que $ \frac {32.6}{32.6+6.5} \approx\frac {5}{6}$ .

Tengan en cuenta que $32.6+6.5$ no está cerca $50$ .

Sin embargo, cuando dejo que Wolfram calcule esto manualmente, es decir. $$X^{(n)}=A^nX^{(0)} \rightarrow (41.6667,\,8.3333) \text { when } n \rightarrow \infty $$

Tengan en cuenta que $41.6667 \ldots +8.3333 \ldots = 50$

  • ¿Por qué esto difiere de la proyección? ¿En qué se equivoca mi teoría?

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Zach Effman Puntos 1451

Debido a que está tratando de reescribir su vector utilizando una base no ortogonal, no puede confiar en las proyecciones para encontrar los coeficientes de descomposición. La identidad $v = \Sigma \text { Proj}_{e_i}(v)$ sólo funciona si el $e_i$ forman una base ortogonal. Para encontrar la descomposición en el caso general, escribir $v = \Sigma a_i w_i$ donde el $w_i$ que conforman una base posiblemente no ortogonal, debes resolver el sistema $[w_1,w_2...w_n][a_1...a_n]^T = v$ . Aquí, eso equivale a resolver $ \begin {bmatrix}5&-1 \\1 &1 \end {bmatrix} \begin {bmatrix}a_1 \\a_2\end {bmatrix} = \begin {bmatrix}30 \\20\end {bmatrix}$ dando $a_1 = \frac {25}{3}$ y $a_2 = \frac {65}{3}$ .

Así que $X^{(0)}= \frac {25}{3}E_1 + \frac {65}{3}E_2$ y $ \lim_ {n \to\infty }A^nX^{(0)} = \frac {25}{3}E_1 = [ \frac {125}{3}, \frac {25}{3}]^T$ como se desea.

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