diff --git a/KMA NM/Zkouška/06. okruh.md b/KMA NM/Zkouška/06. okruh.md index 08bea0d..35ea083 100644 --- a/KMA NM/Zkouška/06. okruh.md +++ b/KMA NM/Zkouška/06. okruh.md @@ -2,27 +2,30 @@ ### Vlastní čísla +Je dána čtvercová matice $A$ řádu $n$. Vlastní vektor $v$ je nenulový vektor, pro který platí $Av = \lambda v$. Číslo $\lambda$ se nazívá vlastním číslem matice $A$. + - $Av = \lambda x$ - $\lambda$ ... vlastní číslo - - $x$ ... vlastní vektor + - $x$ ... vlastní vektor (nenulový) - charakteristická rovnice ... $\det(A - \lambda I) = 0$ + - kořeny jsou vlastní čísla - spektrální matice ... $A = \text{diag}(\lambda_{1}, \lambda_{2}, \dots, \lambda_{n})$ Typy problémů -- **úplný problém**: úlohou je najít všechna vl. čísla -- **částečný problém**: úlohou je najít pouze některá vl. čísla (obvykle s největší absolutní hodnotou) +- **úplný problém**: úlohou je najít všechna vlastní čísla +- **částečný problém**: úlohou je najít pouze některá vlastní čísla (obvykle s největší absolutní hodnotou) ### Mocninná metoda Řeší částečný problém - vlastní číslo matice $A$ s největší absolutní hodnotou. **Předpoklady** -- $A$ má $n$ LN vlastních vektorů +- matice $A$ má $n$ LN vlastních vektorů - existuje právě jedno dominantní vlastní číslo -- vl. čísla lze seřadit: $|\lambda_{1}| > |\lambda_{2}| \geq |\lambda_{3}| \geq \dots \geq |\lambda_{n}|$ +- vlastní čísla lze seřadit: $|\lambda_{1}| > |\lambda_{2}| \geq |\lambda_{3}| \geq \dots \geq |\lambda_{n}|$ **Algoritmus** -- **vstup**: matice $A$ a sloupcový vektor $y^{(0)}$ (LK vlastních vektorů) +- **vstup**: čtvercová matice $A$ a sloupcový vektor $y^{(0)}$ (např. samé jedničky) - **zastavovací podmínka**: $|\lambda^{(k+1)} - \lambda^{(k)}| < \epsilon$ 1. pomocí iterační formule $y^{(k+1)} = A\cdot y^{(k)}$ počítáme další $y^{(k+1)}$ pro $k = 0, 1, \dots$ 2. z vektoru $y^{(k+1)}$ vybereme index $i$, kde je absolutní hodnota $|y^{(k+1)}_{i}|$ největší @@ -44,7 +47,8 @@ $\displaystyle\lambda_{k} = \frac{y^{(k-1)^T} \cdot y^{(k)}}{y^{(k-1)^T} \cdot y - stejné jako u mocninné metody - **navíc**: matice $A$ je **blízce symetrická** (hodnoty jsou téměř symetrické) - vlastní vektory jsou díky tomu ortonormální - - $v_{i}^Tv_{j} = 0, i\neq j \quad v_{i}^Tv_{i} = 1$ + - $v_{i}^Tv_{j} = 0; \quad i\neq j$ + - $v_{i}^Tv_{i} = 1$ **Poznámky** - konverguje k nule zhruba dvakrát rychleji @@ -52,12 +56,13 @@ $\displaystyle\lambda_{k} = \frac{y^{(k-1)^T} \cdot y^{(k)}}{y^{(k-1)^T} \cdot y ### Ortogonální transformace **Podobnost matic** -- matice $A$ a $B$ jsou si podobné, pokud existuje $P$, pro které platí $P^{-1}AP = B$ nebo $A = PBP^{-1}$ +- matice $A$ a $B$ jsou si podobné, pokud existuje matice $P$, pro kterou platí $P^{-1}AP = B$ nebo $A = PBP^{-1}$ - podobné matice mají **stejná vlastní čísla** **Princip** +- využijeme podobnosti matic - konstruujeme posloupnost vzájemně podobných matic, která konverguje k matici, jejíž vlastní čísla se dají snadno určit -- posloupnost vzájemně podobných matic: $A_{k+1} = Q_{k}^TA_{k}Q_{k}, k = 0,1,2,\dots$ +- posloupnost vzájemně podobných matic: $A_{k+1} = Q_{k}^TA_{k}Q_{k}, \quad k = 0,1,2,\dots$ **Metoda QU-rozkladu** - používáme pro obecnou matici @@ -65,7 +70,6 @@ $\displaystyle\lambda_{k} = \frac{y^{(k-1)^T} \cdot y^{(k)}}{y^{(k-1)^T} \cdot y - $Q$ ... ortogonální matice - $QQ^T = I$, tedy $Q^T = Q^{-1}$ - $U$ ... horní trojúhelníková matice - $B = UQ$ - - $U = Q^{-1}A \implies B = Q^{-1}AQ = Q^{T}AQ$ Příkladem ortogonální matice je matice rovinné rotace o úhel $\alpha$. - pro dostatečně velké $k$ je $A^k$ horní trojúhelníková matice @@ -78,11 +82,8 @@ $$ $$ **Metoda Jacobiovy diagonalizace** -- používáme, když $A$ ... reálná symetrická matice -- $\implies \exists$ ortogonální matice $Q$ taková, že $Q^TAQ = A$ -- $A$ ... spektrální matice = matice s vlastními čísly na diagonále -- **postupné nulování** - - vybereme prvek mimo diagonálu a ten vynulujeme - - poté vybereme další, ale zase se nám odnuluje ten původní - - při iteračním pojetí ale budou všechny prvky mimo diagonálu konvergovat k nulám +- používáme, když $A$ je reálná symetrická matice +- poté existuje ortogonální matice $Q$ taková, že platí $Q^TAQ = A$ + - $A$ ... spektrální matice = matice s vlastními čísly na diagonále +- **postupné nulování** prvků mimo diagonálu (iteračně konvergují k nulám)