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¿Por qué no todos los valores propios de una matriz estocástica son iguales a 1?

En esta pregunta, vemos una prueba de que el mayor valor propio de una matriz estocástica es igual a 1:

Prueba de que el mayor valor propio de una matriz estocástica es 1

Sin embargo, creo que he encontrado una prueba de que cada El valor propio de una matriz estocástica es igual a 1. ¿Puede decirme en qué se equivoca mi demostración?

Prueba: Supongamos que ${\bf r}$ es un vector propio de la matriz estocástica de columnas $M$ (es decir $M{\bf r} = \lambda {\bf r}$ para algunos $\lambda$ ), y asumir sin pérdida de generalidad que las entradas de ${\bf r}$ suma a $1$ . Entonces $$M{\bf r} = \begin{bmatrix} M_{11}\\ M_{21}\\ \vdots\\ M_{n1} \end{bmatrix} r_1 + \begin{bmatrix} M_{12}\\ M_{22}\\ \vdots\\ M_{n2} \end{bmatrix} r_2 + \dots + \begin{bmatrix} M_{1n}\\ M_{2n}\\ \vdots\\ M_{nn} \end{bmatrix} r_n$$

Desde $M$ es estocástica de columna, cada columna debe sumar a $1$ por lo que la suma de las entradas en $M {\bf r}$ es sólo $1 \cdot r_1 + 1 \cdot r_2 + \dots + 1 \cdot r_n = 1$ . Por lo tanto, $\lambda$ debe ser $1$ y $M$ sólo puede tener un valor propio.

Gracias.

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Studer Puntos 1050

Creo que está asumiendo que las entradas de $r$ son no negativos; en general, no se puede asumir que las entradas de $r$ suman 1, porque podrían sumar cero. Tomemos $$ M=\begin{bmatrix}1/2&1/2\\1/2&1/2\end{bmatrix}. $$ Los valores propios son $1$ y $0$ . El vector propio de $0$ es $\begin{bmatrix}1\\-1\end{bmatrix}$ .

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Ah, ya veo. Gracias.

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Mike Earnest Puntos 4610

El problema es cuando se asume en WLOG que las entradas de $\bf{r}$ suman a uno. Considere lo que sucede cuando las entradas de $\bf r$ suman cero.

Lo que demuestra su prueba es que si $(\lambda,\bf{r})$ es un par propio, y $\lambda\neq 1$ entonces las entradas de $\bf r$ suma a cero. Por ejemplo, la matriz $$ \begin{bmatrix} 0&1\\1&0 \end{bmatrix} $$ es estocástico, con valores propios $\pm1$ . El eigespacio para $+1$ está atravesado por $(1/2,1/2)$ y para $-1$ está atravesado por $(1/2,-1/2)$ donde las entradas de este último suman cero.

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