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Cómo encontrar valores propios y vectores propios de esta matriz

Puedes ayudar a encontrar los autovalores y autovectores de la matriz?

Aquí es la matriz:

C = \pequeño \begin{pmatrix} -\sin(\theta_{2} - \theta_{M}) & \sin(\theta_{1} - \theta_{M}) & 0 & \ldots & 0 & \sin(\theta_{2} - \theta_{1}) \\ \sin(\theta_{3} - \theta_{2}) & -\sin(\theta_{3} - \theta_{1}) & \sin(\theta_{2} - \theta_{1}) & \ldots & 0 & 0 \\ 0 & \sin(\theta_{4} - \theta_{3}) & -\sin(\theta_{4} - \theta_{2}) & \ldots & 0 & 0 \\ 0 & \ddots & \ddots & \ddots & \ddots & \vdots\\ \sin(\theta_{M} - \theta_{M - 1}) & 0 & 0 & \ldots & \sin(\theta_{1} - \theta_{M}) & -\sin(\theta_{1} - \theta_{M - 1}) \\ \end{pmatrix}

donde 0 = \theta_{1} < \ldots < \theta_{M} < 2 \pi. He encontrado 2 vectores para autovalor 0:

v_{1} = (1, \cos(\theta_{1}), \ldots, \cos(\theta_{M - 1}))^{T}

v_{2} = (0, \sin(\theta_{1}), \ldots, \sin(\theta_{M - 1}))^{T}

En el caso de que \theta_{j} = \frac{2 \pi (j - 1)}{M}, \; j = 1, \ldots, M la matriz se vuelve circulantes de la matriz, y es obvio para encontrar todos sus autovectores y autovalores.


Si es esencial para alguien, me puede explicar la aplicación donde esta matriz aparece. En el artículo por Lele, Kulkarni, Willsky - "Convexo-polígono de la estimación del apoyo de la línea de las mediciones" esta matriz representa las condiciones de apoyo consistente mediciones de la función.

Cada una i-ésima fila de la matriz representan las condiciones que i-th descrete radio de curvatura es positiva. Estos son los criterios de consistencia.


Aquí está la descripción detallada de la interpretación geométrica de esta matriz.

Definición 1. La función de apoyo convexo cuerpo K en \mathbb{R}^{n} se define de la siguiente manera:

h_{K}(u) = \sup \limits_{x \in K} (x, u)

Cada valor de la función de apoyo corresponde a 1 apoyo hyperplane de cuerpo convexo.

Suponga que n = 2 (trabajamos en avión). Tal vez esta imagen le ayudará a entender de lo que estamos hablando:

enter image description here

Consideramos M mediciones de h_{1}, \ldots, h_{M} de la función de apoyo en las direcciones u_{1}, u_{2}, \ldots, u_{M} (todo ||u_{j}|| = 1 y u_{j} = (\cos \theta_{j}, \sin \theta_{j})), y quiere reconstruir el cuerpo K a partir de estas mediciones. En ideal, simplemente tenemos que cruzan la mitad de los espacios correspondientes a la ayuda hyperspaces:

K = \bigcap \limits_{i = 1}^{M} \{x \in \mathbb{R}^{n} : \; (x, u_{i}) < (h_{i}, u_{i})\}

Pero las mediciones son ruidosas, por lo que no podía ser de cuerpo convexo que tiene como soporte los valores de la función en estas direcciones. Así que tenemos que corregir. Para ello necesitamos algunas condiciones que representan a la consistencia de la función de soporte de las mediciones.

Estas son las condiciones:

Teorema 1. Un vector h \in \mathbb{R}^{M} es el vector de la función de soporte de las mediciones de algunos convexo cuerpo si sólo si

C h \geq 0

El valor de h_{i - 1} \sin(\theta_{i + 1} - \theta_{i}) - h_{i} \sin(\theta_{i + 1} - \theta_{i - 1}) + h_{i + 1} \sin(\theta_{i} - \theta_{i - 1}) es el valor de i-th descrete radio de curvatura. Si todos estos valores son positivos, las mediciones son consistentes.

Los vectores

v_{1} = (1, \cos(\theta_{1}), \ldots, \cos(\theta_{M - 1}))^{T}

v_{2} = (0, \sin(\theta_{1}), \ldots, \sin(\theta_{M - 1}))^{T}

se acaba de vectores de soporte de los valores de la función de los cuerpos convexos que consta sólo de un punto: (1, 0) v_{1} y (0, 1) de v_{2}.

La adición de estos vectores y sus combinaciones con otras de apoyo mediciones de la función no cambia descrete radio de curvatura y corresponden a la traducción de la parte convexa del cuerpo en \mathbb{R}^{n}.

5voto

user15381 Puntos 32

Si no hay más limitaciones que se imponen en el \theta_k, parece no ser la forma simple para los autovalores( distinto 0, lo que ha la multiplicidad de \geq 2 como se explica en el OP). De hecho, voy a mostrar un ejemplo de abajo, donde el cero autovalores son no se pueden expresar por los radicales.

Vamos M=7, y elegir los siguientes valores para el \theta_k (tenga en cuenta que son entre \frac{\pi}{4} y \frac{\pi}{2}).

\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|} \hline k & 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 7 \\ \hline \cos(\theta_k) & \frac{20}{29} & \frac{65}{97} & \frac{48}{73} & \frac{3}{5} & \frac{28}{53} & \frac{33}{65} & \frac{8}{17} \\ \hline \sin(\theta_k) & \frac{21}{29} & \frac{72}{97} & \frac{55}{73} & \frac{4}{5} & \frac{45}{53} & \frac{56}{65} & \frac{15}{17} \\ \hline \end{array}

Entonces tenemos

C=\left(\begin{array}{ccccccc} \frac{-399}{1649} & \frac{132}{493} & 0 & 0 & 0 & 0 & \frac{75}{2813} \\ \frac{-119}{7081} & \frac{92}{2117} & \frac{-75}{2813} & 0 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & \frac{-27}{365} & \frac{44}{485} & \frac{-119}{7081} & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & \frac{-23}{265} & \frac{620}{3869} & \frac{-27}{365} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & \frac{-83}{3445} & \frac{36}{325} & \frac{-23}{265} & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & \frac{-47}{1105} & \frac{60}{901} & \frac{-83}{3445} \\ \frac{-47}{1105} & 0 & 0 & 0 & 0 & \frac{132}{493} & \frac{-427}{1885} \\ \end{array}\right)

El polinomio característico de C es \chi_C=X^2, donde P=x^5 - \frac{198395974}{60131320925}x^4 - \frac{58043714683396506772}{723155151237068571125}x^3 + \frac{12655356459504058576}{3615775756185342855625}x^2 + \frac{1065764359163841911}{723155151237068571125}x - \frac{186332188794386}{1701541532322514285}

Y PARI-GP nos dice que este polinomio es irreducible y ha Galois grupo {\mathfrak S}_5, que no es solucionable. Así que las raíces de P $$ no se pueden expresar por los radicales.

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