线性系统带复数约旦型的实数化

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讨论A矩阵有多个高阶约旦块时,其实数化的过程。(对某一特征根而言,代数重数就是该特征根的重数;几何重数就是该特征根所对应的特征向量数,例如系统矩阵A有两重特征根-1,即代数重数为2,但是它只能算出一个特征向量,即几何重数为1,那么另外一个特征向量就需要使用广义特征向量来求得。)

在实际的系统矩阵向约旦标准型的转化过程中,由于实数方阵的特征值可能为复特征值,那么同样在转化矩阵Q和它的约旦标准型中也存在着复数项。而这种带复数项的约旦标准型在实际的系统中是物理不可实现的。这就需要把带复数项的约旦标准型想办法转化为实数矩阵。

由于带复数的特征值都是以共轭的形式出现。如:α+jβ和α−jβ,那么它们的特征向量也是共轭的。即α+jβ对应的特征向量是q=u+jv,那么q=u−jv必是α−jβ的特征向量。因此只需要想办法把约旦标准型的实部和虚部分解并消除虚部即可。

设n阶方阵A有下列特征值:

λi=αi+jβiλi+1=αi+1−jβi+1 i=1、3、5⋯m−1

和λi i=m、m+1⋯n,其对应的特征向量为:

ui+jvi和ui−jvi i=1、3、5⋯m−1

qi i=m、m+1⋯n

其约旦标准型为:

J= λ1λ2⋱λm−1⋱λn

6-1

取Q = u1,v1,u2,v2⋯um−1,vm−1,qm⋯qn ,则

Q −1AQ = J1⋱Jm−1λm⋱λn

6-2

Ji= αiβi−βiαi i=1、3、5⋯m−1

当A矩阵的特征根的代数重数大于1,且其代数重数不等于几何重数,那么:

Q −1AQ = J1I⋱JpIλP+1⋱λu

6-3

所有特征根的代数重数之和等于n,I= 11 或 1 。

这样就可以把A矩阵的约旦标准型实数化。