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¿Cómo resolver una ecuación matricial no lineal sobre números enteros?

Las ecuaciones quiero resolver este aspecto: $$ X^n = 6 I $$ donde $I$ es la matriz identidad, $n$ $1,2,3,..."$ y el cuadrado de la matriz de $$ X=\begin{pmatrix} x_{11} & x_{12} & \cdots \\ x_{21} & x_{22} & \cdots \\ \vdots & \vdots & \ddots \\ \end{pmatrix} $$ con la $x_{ij} \in \Bbb Z$. Si las entradas de la matriz $X$ se les permite estar reales, el problema sería fácil de resolver. La solución sería $$ X=\begin{pmatrix} \sqrt[n]{6} & 0 & \cdots \\ 0 & \sqrt[n]{6} & \cdots \\ \vdots & \vdots & \ddots \\ \end{pmatrix} $$ Sin embargo, para $x_{ij}$ se entero de la solución parece ser mucho más difícil. Con adivinanzas y algo de ayuda de la computadora que yo era capaz de encontrar soluciones para $n=2$ $$ X=\begin{pmatrix} 0 & 3 \\ 2 & 0 \\ \end{pmatrix} $$ y para $n=3$ $$ X=\begin{pmatrix} 2 & 3 & 1 \\ -1 & -1 & -2 \\ -2 & -1 & -1 \end{pmatrix} $$ Me di cuenta de que no parece ser posible encontrar una matriz de dos dimensiones $X$ a resolver la ecuación de $X^3 = 6 I$. Podría ser una regla general, que si usted está buscando para el $n$th raíz de una matriz cuadrada con el entero de los componentes, la solución de la matriz debe tener $n$ dimensiones?

Y me gustaría saber si hay un método mejor que simplemente adivinando para resolver este tipo no lineal de ecuaciones de matrices sobre los números enteros?

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Schneems Puntos 3208

Observe que si el orden de $X$$k$$\det(X)^n=6^k$. Desde $\det(X)\in\mathbb{Z}$ $\det(X)$ debe $\pm 6^m$. Por lo $\det(X)^n=(\pm 1)^n6^{mn}=6^k$. Por lo $mn=k$. Por lo tanto, si asumimos que hay una solución debemos tener $k=mn$, para algunas de las $m$.

Deje $C(p)_{n\times n}$ ser el compañero de la matriz de la polymonial $p(x)=-6+t^n$.

Desde el polinomio característico de a$C(p)_{n\times n}$$p(x)$, por Cayley-Hamilton tenemos $0=-6Id+C(p)^n$. Por lo tanto, $C(p)^n=6Id$. Observe que las entradas de $C(p)$ son intergers $(1$$6)$.

Ahora considere una matriz $X=\begin{pmatrix}C(p)&0&\ldots&0\\ 0&C(p)&\ldots& 0\\ \vdots &\vdots&\ddots&\vdots\\ 0&0&\ldots&C(p)\end{pmatrix}_{mn\times mn}$.

Note que $X^n=\begin{pmatrix}C(p)^n&0&\ldots&0\\ 0&C(p)^n&\ldots& 0\\ \vdots &\vdots&\ddots&\vdots\\ 0&0&\ldots&C(p)^n\end{pmatrix}_{mn\times mn}=6Id_{k\times k}$.

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