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  • 1 # 師者傳道

    我來回答這個問題,線性代數這門課我最有心讀的就是對角化問題。

    1.矩陣往往是某種實際問題提煉出來的資料表述,很多特徵都包含在這個矩陣中,比如方陣行列式,矩陣的秩,方陣的特徵值,特徵向量,為啥說成特徵值和特徵向量,肯定蘊含著某些實際問題的特徵,對角化就是讓他的特徵暴露出來,先看一個簡單的例子吧!

    上面的四個方程(1),(2)在平面座標系中表示何種曲面呢?(3),(4)在空間座標系中又表示何種曲面呢?

    顯然這並不是高中裡面學習的二次曲線的標準方程,高中裡學習的二次曲線方程中沒有x,y的交叉乘積項,很容易看出來是雙曲線還是橢圓,而這裡有交叉乘積項就無法看出來了,這兩個方程的資訊都隱藏在矩陣裡,如下兩個矩陣。

    求出這兩個矩陣特徵值,化成標準形,實際上就是矩陣的對角化問題了,對角線以外的元素都為0了,也就是方程中xy交叉項沒有了。就自然知道它表示的是何種曲線了。

    上面(3),(4)兩個方程類似,在空間表示何種曲面呢,方法完全類似。

    2.特徵值,特徵向量不只是上面提到的應用,有著廣乏的應用背景,下面再來說一個微分方程的例項,為了方便還是舉一個一階線性微分方程組吧。

    上面這個方程組x對t導數既和x有關有個y有關,我們稱為兩個方程相互耦合在一起,能否引入兩個新的變數x1,y1使得x1對t導數只和x1有關,與y1無關,我們稱為解耦,即解除耦合,這樣方程就好解了。多個變數的線性微分方程組也是如此。

    3.你說的有何實際應用,你不會認為現代控制理論沒用吧,整個一本《現代控制理論》教材有大量章節都是矩陣的對角化問題,當時我教工科研究生這門課時,才深刻感覺到線性代數中對角化太重要了。不妨拍幾頁該門課的章節內容,供你參考

    這些都是矩陣對角化問題。甚至不能對角化,就化為約當標準形,僅此於對角化問題簡單。說明不是沒有用,而是當你用時發現知識不夠用了。

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