非线性矩阵方程X^s+A*X^(-t)A+B*X^(-t)B=Q的Hermitian正定解
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2019-2020学年湖南省长沙市雅礼中学高一(上)期中数学试卷1.一、选择题(本大题共12小题,共60.0分)命题u 3x ER 9 x 2 + 2x + a<0n 的否定是()A. Vx G x 2 +2x + a < 0B. 3x E R . x 2 + 2x + a > 0C. Vx G R, x 2 + 2x + a > 0D. 3% e R. X 2+ 2x + a < 02.己知集合M = (x| - 1 < x < 2}t N = {x\x{x + 3) < 0},则 M n N =()3. A. [-3,2) B. (-3,2)成m(a>0)的值是()C.(TO]D. (-1,0)A. I B・〃 C.洁 D.法4.己知尸。
一1) = 2x + L 则/*(3)的值是(A. 5B.9C. 7D. 85.若实数a.bER 且a>b.则下列不等式恒成立的是()B. ;>1A.事”2C. 2a>2bD. lg(a-b)>06.若集合A = {x\x > 一1},则()7.8. B. (0)QA C. {0} 6/4己知p : ab > 0. 7: j+:N2・则〃与q 的关系是()A. p 是q 的充分而不必要条件B. 〃是q 的必要而不充分条件C. p 是q 的充分必要条件D.以上答案都不对己知s b > 0,且o, b # 1, (e a )b = e,函数,(x ) = log G x 与函数=万一"的图象可能是()A. 0 G 4 D.9. A.k B. -k ,若.(2018)=上则『(-2018) =()C. 4 — kD.2 一化10.己知七y 是正实数,则F 列运算中正确的是()A. 3lgx+lgy = 3也x + 3,&>rB. 31就*+')= 3igx ・ 3lgyC・3'ex = 3官+ 3曹 D. 3噂E = 3也,3#IL若函数亦)={(4:)+;]〈I是&上的单调递增函数,则实数〃的取值范用是()A.(1,+8)B.[1,8)C. (4,8)D.[4,8)12.设«=Ini,b=2°-3,c=(:)2,则()A.a<c<bB.c<a<bC. a<b<cD. b<a<c二、填空题(本大题共4小题,共20.0分)13.已知幕函数y=f(x)的图像过点(2,^2).贝炉(16)的值是________.*(沪+电)。
费马大定理:当整数n > 2时,关于x, y, z的不定方程x^n + y^n = z^n.的整数解都是平凡解,即当n是偶数时:(0,±m,±m)或(±m,0,±m)(补充:(0,0,0)是其中一个特殊解2008年由赵浩杰提出)当n是奇数时:(0,m,m)或(m,0,m)或(m,-m,0)这个定理,本来又称费马最后定理,由17世纪法国数学家费马提出,而当时人们称之为“定理”,并不是真的相信费马已经证明了它。
虽然费马宣称他已找到一个绝妙证明,但经过三个半世纪的努力,这个世纪数论难题才由普林斯顿大学英国数学家安德鲁²怀尔斯和他的学生理查²泰勒于1995年成功证明。
证明利用了很多新的数学,包括代数几何中的椭圆曲线和模形式,以及伽罗华理论和Hecke代数等,令人怀疑费马是否真的找到了正确证明。
而安德鲁²怀尔斯 (Andrew Wiles)由于成功证明此定理,获得了1998年的菲尔兹奖特别奖以及2005年度邵逸夫奖的数学奖。
研究历史1637年,费马在阅读丢番图《算术》拉丁文译本时,曾在第11卷第8命题旁写道:“将一个立方数分成两个立方数之和,或一个四次幂分成两个四次幂之和,或者一般地将一个高于二次的幂分成两个同次幂之和,这是不可能的。
关于此,我确信已发现了一种美妙的证法,可惜这里空白的地方太小,写不下。
”(拉丁文原文: "Cuius rei demonstrationem mirabilem sane detexi. Hanc marginis exiguitas non caperet.")毕竟费马没有写下证明,而他的其它猜想对数学贡献良多,由此激发了许多数学家对这一猜想的兴趣。
数学家们的有关工作丰富了数论的内容,推动了数论的发展。
对很多不同的n,费马定理早被证明了。
但数学家对一般情况在首二百年内仍一筹莫展。
习题 11. 执行下列指令,观察其运算结果, 理解其意义: (1) [1 2;3 4]+10-2i(2) [1 2; 3 4].*[0.1 0.2; 0.3 0.4] (3) [1 2; 3 4].\[20 10;9 2] (4) [1 2; 3 4].^2 (5) exp([1 2; 3 4]) (6)log([1 10 100]) (7)prod([1 2;3 4])(8)[a,b]=min([10 20;30 40]) (9)abs([1 2;3 4]-pi)(10) [1 2;3 4]>=[4,3;2 1](11)find([10 20;30 40]>=[40,30;20 10])(12) [a,b]=find([10 20;30 40]>=[40,30;20 10]) (提示:a 为行号,b 为列号) (13) all([1 2;3 4]>1) (14) any([1 2;3 4]>1) (15) linspace(3,4,5) (16) A=[1 2;3 4];A(:,2)2. 执行下列指令,观察其运算结果、变量类型和字节数,理解其意义: (1) clear; a=1,b=num2str(a),c=a>0, a= =b, a= =c, b= =c (2) clear; fun='abs(x)',x=-2,eval(fun),double(fun)3. 本金K 以每年n 次,每次p %的增值率(n 与p 的乘积为每年增值额的百分比)增加,当增加到rK 时所花费的时间为)01.01ln(ln p n rT +=(单位:年)用MA TLAB 表达式写出该公式并用下列数据计算:r =2, p =0.5, n =12.4.已知函数f (x )=x 4-2x 在(-2, 2)内有两个根。
取步长h =0.05, 通过计算函数值求得函数的最小值点和两个根的近似解。
共轭转置的逆矩阵
对于一个矩阵A,它的共轭转置 (conjugate transpose) 或者称
为厄米共轭矩阵 (Hermitian transpose),记作A^H 或 A^*,是
将矩阵A的每个元素取复共轭,并将矩阵转置得到的矩阵。
矩阵A的共轭转置的逆矩阵存在的条件是矩阵A是一个正规(normal) 矩阵,也就是满足A^H·A = A·A^H。
对于正规矩阵A,它的共轭转置的逆矩阵可以表示为(A^H)^-1 = (A^-1)^H,即它
的逆矩阵的共轭转置等于原矩阵的共轭转置的逆矩阵。
需要注意的是,并不是所有矩阵的共轭转置的逆矩阵存在。
只有正规矩阵才满足上述条件,才可以求其共轭转置的逆矩阵。
对于非正规矩阵,它的共轭转置的逆矩阵可能不存在。
总结:对于正规矩阵A,它的共轭转置的逆矩阵可以表示为
(A^H)^-1 = (A^-1)^H。
对于非正规矩阵,共轭转置的逆矩阵可
能不存在。
偏微分方程习题及答案【篇一:偏微分方程数值解法期末考试题答案】题答案及评分标准学年学期:专业:班级:课程:教学大纲:使用教材:教材作者:出版社:数学与应用数学数学偏微分方程数值解法《偏微分方程数值解法》教学大纲(自编,2006)《偏微分方程数值解法》陆金甫、关治清华大学出版社一、判断题(每小题1分,共10分)1、(o)2、(o)3、(x)4、(x)5、(o)6、(o)7、(o)8、(x)9、(x) 10、(o)二、选择题(每小题2分,共10分) 11、(d) 12、(a) 13、(c) 14、(b)15、(c)三、填空题(每小题2分,共20分)?2?216、2?2??x1?x2?2?2 17、a=[4 5 9;23 5 17;11 23 1] 18、y=exp(-t/3)*sin(3*t) ?xn19、help 20、zeros(m,n)21、inva(a)*b或者a/b22、a=sym([cos(x-y),sin(x+y);exp(x-y),(x-1)^3])?(s)?1?(s)?c[??(s)]2?023、a[?2(s)]2?2b?224????v(?)ed? 25、i?xu(xj,tn?1)?u(xj,tn)?四、计算题:(每小题12分,共36分)?u?u?0(x?r,t?0)的有限差分方程(两层显示26、写成对流方程?a?t?x格式,用第n层计算第n+1层),并把有限差分方程改写为便于计算的迭代格式???/h为网格比。
解:在点(xj,tn)处,差分方程为?1un?unjj??anunj?1?ujh?0(j?0,?1,?2,,n?0,1,2,)(8分)便于计算的形式为?1nnn???/h (4分) un?u?a?(u?ujjj?1j),?u?2u?a2的有限差分方程(中心差分格式,用第n层27、写出扩散方程?t?x计算第n+1层),并把有限差分方程改写为便于计算的迭代格式,???/h2为网格比。
hermite矩阵几何之基本定理hermite矩阵几何之基本定理:1、对角线元素是实数2、Hermite矩阵是实对称矩阵的推广推论:(1)n阶厄米特矩阵A为正定(半正定)矩阵的充要条件是A的所有特征值大于(大于等于)0。
(2)若A是n阶厄米特矩阵,其特征值对角阵为V,则存在一个酉矩阵U,使AU=UV。
(3)若A是n阶厄米特矩阵,其弗罗伯尼范数的平方等于其所有特征值的平方和。
(4)主对角线元素皆为实数的埃尔米特矩阵的特征值均为实数, 斜埃尔米特矩阵的特征值为零或纯虚数。
hermitian矩阵:厄米特矩阵(Hermitian Matrix,又译作“埃尔米特矩阵”或“厄米矩阵”),指的是自共轭矩阵。
矩阵中每一个第i行第j列的元素都与第j行第i列的元素的共轭相等。
n阶复方阵A的对称单元互为共轭,即A的共轭转置矩阵等于它本身,则A是厄米特矩阵(Hermitian Matrix)。
更多资料:矩阵 A=[aij]∈MnA=[aij]∈Mn 称为 Hermite 的,如果 A=A∗A=A∗;它是斜Hermite 的,如果 A=−A∗A=−A∗.对于 A,B∈MnA,B∈Mn,可得出很多简单明了的结论:(1) A+A∗A+A∗, AA∗AA∗以及 A∗AA∗A 都是Hermite 的(2) 如果 AA 是Hermite 的,那么对所有 k=1,2,3,⋯k=1,2,3,⋯, AkAk 都是Hermite 的. 如果 AA 还是非奇异的,那么 A−1A−1是Hermite 的(3) A−A∗A−A∗是斜Hermite 的(4) 如果 AA 是Hermite 的,那么 iAiA 是斜Hermite 的;如果 AA 是斜Hermite 的,那么 iAiA 是Hermite 的(5) 如果 A=C+iDA=C+iD, 其中 C,D∈Mn(R)C,D∈Mn(R)(AA 的实部与虚部),那么 AA 是Hermite 的,当且仅当 CC 是对称的,且 DD 是斜对称的(6) 实对称矩阵是复的Hermite 矩阵。
第26卷第4期 2016年12月 洛阳理工学院学报(自然科学版)
Joumal of Luoyang Institute of Science and Technology(NaturM Science Edition) V01.26 No.4
Dec.2016
非线性矩阵方程 +A X A+B X~B=Q的Hermitian正定解 裴 伟 娟 (商丘学院应用科技学院,河南开封475000)
摘要:主要研究非线性矩阵方程 + ’ + ~B=Q的正定解,其中A、曰为n×n阶非奇异复矩阵,s、 t为正整数。Q为n×n阶正定矩阵。文中给出了使得该非线性矩阵方程存在正定解的新的充分必要条件,又研 t 究了该矩阵方程存在形如X=OQ7(0<0<1)的解的充分必要条件。
关键词:非线性矩阵方程;Hermitian正定解;存在性 DOI:1O.3969/i.issn.1674—5403.2016.04.021 中图分类号:0151 文献标识码:A 文章编号:1674—5403(2016)04—0087—03
非线性矩阵方程是非线性理论的一个重要分支,如它在控制理论、运输理论、动态规划、量子力学、 统计学和工程计算等多个领域中有着广泛的应用n I4]。早在20世纪90年代初,人们就开始对方程 + A’ ~A:Q进行研究 ],随后很多学者对该矩阵方程进行了更为系统地研究,并且有了一系列的成 果 。对于更一般形式的非线性矩阵方程 +A A+B _。B=Q。 (1) 近年来刘爱晶、龙建辉、段雪峰等进行了一定的研究 加 。但对于这种类型的非线性矩阵方程,研 究的文献还不是很多,还有许多问题需要进一步研究。 本文主要研究了该矩阵方程解的性质、存在正定解的充分必要条件,以及存在形如 X: Q÷(0<0<1)的解的充分必要条件。
1主要结论 引理l 如果A>B>0(或A≥B>0),则当a∈(0.1】时A。>B >0(或A ≥B。>0),当 a ∈【一1.0)时,0<A。 <B。(或0<A。≤B。)。 定理1若方程(1)有正定解 ,则 X∈((AQ一 A + Q一 )了1,Q了】。 (2)
证明:由于 为正定矩阵,所以 ≤Q。即 ≤Qv。另外由方程(1)得 A A+B B<Q. 于是
Q一 A AQ一 +Q一丁 X 8Q一丁<,. 所以
X一丁AQ一丁Q一 A 一 +X一丁曰Q一丁Q—TB 一 <,, 即
X—TAQ_1A X— +X— Q-1B X一丁<,, 因此 AQ一 A +8Q一。B <X‘。 由引理1有 >(AQ A + p B )÷,证毕。
定理2方程(1)有形如X= Q÷(0<0<1)的解的充分必要条件为
收稿日期:2016—08—25 作者简介:裴伟娟(1989一),女,河南濮阳人,硕士,助教,主要从事矩阵方程方面的研究 88 洛阳理工学院学报(自然科学版) 第26卷 Q一 t+ Q一了t =cQ(0<c≤ ( ) ) (3) 成立。 证明:假设X: Q÷是方程(1)的解,那么
Q+A球0-,Q一了t A+ 木 一 Q一÷ =Q。 整理上述方程,有
A:Ic Q一÷A+B:Ic Q一÷ : (1一 )Q。
令c= (1一 ),显然有o<c<1。设 )= ‘(1一 ),知道 )在【o,( ) )是严格单调
递增的,在【( ) ,1】上是单调递减的。因此, )的最大值为 ( ) 】= ( ) 。因此, c≤÷(÷) ,式(3)成立,必要性已证。 S+ S+t 反之,若A Q一7A+B Q一7B=cQ(O<c≤÷(÷))成立。考虑下面的序列 S十 S十 。 ,Uk=C-i-(1一Vk-1) , 不难证明0<Vk+1<Vk<南, =1,2,…。这就是说,序列{ )是定义在[0, 】上并且是单调 递减的。因此, im 存在,设 im = ∈l 0,÷l。那/z,, 辛(1一 )=c。考虑另一个矩阵序列 ∞ k---*oo L .4- J
。 南, =1-c 1一,k=1…2一。
很容易验证,专< < 川<1,k=1,2….。即,序列.[ }是定义在l÷,1 I上的且是单调 1- L +f J 递增的。因此, 在区间【 ,1】上存在极限,L3 ̄l im0O "4- = ∈[ ,1】,那么 ÷(1一 )=c。当 _+ L f J _+∞ L f J
c=南( ) 时,r= 满足r÷(1-r)= ( ) =c。令 =OQ÷,其中 = ÷或者 ÷ 或者r了1,有
+A 一‘A+曰 _。B= Q+A半 一 Q一了t A+B木o-tQ一÷B
= Q+O-tA:Ic Q一了tA+O-tB:Ic Q一÷B = Q+ CQ ‘ = Q+ 一 (1一 )疗 Q
:Q。 充分性即证。 定理3方程(1)有解当且仅当存在正定阵 ,正定对角阵D,非奇异阵 。和 满足 + 。 厶+ 三: 三:=UQU ,使得A能分解成A= D了t厶U,B能分解成B= 7t U。在这种情况下,
: D÷ 是方程(1)的解。 证明:假设方程(1)有正定解X,则X >0。把 分解为 =U D U,其中U为酉矩阵,D为正
定对角阵。那么 D U+A ( D )一÷ +B ( D。 ) ÷ =Q。 整理卜述方程得 第4期 裴伟娟:非线性矩阵方程 +A‘ A+曰 ~B=Q的Hermitian正定解 89 D + D一÷D一了t + 8 U’D一÷D一了t 8 ’=UQU 。 设 1=D一÷ ,L2=D 了t u
。那么A=U D+L1 U,B=U D了t 2U,必要性即证。并且D +
1’ l+ 2 L2=UQU 。
反之,若存在酉矩阵 、正定对角阵D、非奇异阵£ 和 ,满足D +厶 +£: :=UQU ,使 得A能分解成A=U D÷Ll U,B能分解成B=U D÷L:U。令 =U D÷u,则 X3+A X A+B’x B
= ’D。 +( D了t厶 ) ( D )一÷( D了t 1 )+( D了t )水( DE )一上( D÷ )
= ’D。 + Ll D÷ D一了2t D÷£1U+ L2 D了t D一了2t D+L
2U
=U‘D U+ ’厶 l + £2 2
=U (D + l l+ 2’ ) =U UQU’U =Q。 因此,在这种情况下 =u D 是方程(1)的解。必要性即证。 参考文献: [1]Anderson W N,Morley T D,Trapp G E.Positive solutions toX=A—BX。B [J].Linear Algebra and Its Application,1990,134: 53—62. [2]Buzbee B L,Golub G H,Nielson C W.On direct methods for solving Poisson s equations[J].SIAM J Numer Anal,1970,7:627— 656. [3]Engwerda J C,Ran A C M,Rijkeboer A L.Necessary and sufficient conditions for the existenee of a positive definite solution of the matrix equationX+A‘X~A=Q[J].Linear Algebra and Its Application,1983,186:255—275. [4]Engwerda J C.On the existence of a positive definite solution of the matrix equationX±A ~A:,[J].Linear Algebra Appl, 1993,194:91—108. [5]Anderson W N,Morley T D,Trapp G E.Positive solutions toX=A—BX B.[J].Linear Algebra and Its Application,1990,134: 53—62. [6]Zhan X Z,Xie J J.On the matrix equation[J].Linear Algebra Appl,1996,247:337—345. [7]Zhan X.Computing the extremal positive definite solutions of a matrix equation[J].SIAM J Sci Compute,1996,17:1167—1174. [8]Salah EI—sayed M,Asmaa A1-Dbiban M.A new inversion free iteration for solving the equationX+A X~A=Q[J].Comput Math Appl,2005,181:148—156。 [9]Guo C H,Lancaster P.Iterative solution of two matrix equations[J].Math Comput 1999,68:15. [10]Long J H,Hu X Y,Zhang L.On the Hermitian positive definite solutions ofthe nonlinear matrix equation +A _1A+B X B =,[J].Bull Braz Math SOc,New Series,2008,39:371—386. [11]Liu A J,Chen G L.On the Hermitian positive definite solutions of nonlinear matrix equationX +A X一 1A+B X一'2B=Q[J]. Math Probl Eng.2011。163585:1—18.
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X~A =J[J].Comput
e Hermitian Positive Definite Solution of the Nonlinear Matrix Equation Xs+ + -。B=Q PEI Weijuan (Shangqiu University,Kaifeng 475000,China) Abstract:In this paper,the Herrnitian positive definite solution of the nonlinear matrix equation Xs+A A+曰 ~B=Q is mainly investigated.A property of the solutions is discussed.A new sufficient and necessary condition for the equation to have a positive deft— nite solution is derived.In addition,the sufficient and necessary condition for the equation to have a positive definite solution of the 1 formX=0QT(0<0<1 is proposed.