Aiuto matrice diagonalizzante

Messaggioda Kappagibbi » 30/01/2010, 18:32

Ciao a tutti.

Ho questo esercizio:


Dimostrare che la matrice è diagonalizzabile, trovare una matrice S tale che SAS^-1 è diagonale.

\( \displaystyle {\left.\matrix{{1}&{2}&{0}&{4}\\{0}&{2}&{3}&{1}\\{0}&{0}&{3}&{0}\\{0}&{0}&{0}&{3}}\right.} \)


Bene, la matrice è ovviamente diagonalizzabile in quanto triangolare (4 autovalori). Ma come diavolo determino la matrice diagonalizzante? Ho provato con la risoluzione di Ax=Lx (L autovalori di A) ma niente, ho bisogno un procedimento 'generico' per riuscire a determinarla!

Aiuto :(!
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Re: Aiuto matrice diagonalizzante

Messaggioda franced » 30/01/2010, 19:03

Kappagibbi ha scritto:Dimostrare che la matrice è diagonalizzabile, trovare una matrice S tale che SAS^-1 è diagonale.

\( \displaystyle {\left(\matrix{{1}&{2}&{0}&{4}\\{0}&{2}&{3}&{1}\\{0}&{0}&{3}&{0}\\{0}&{0}&{0}&{3}}\right)} \)



La matrice ha autovalori 1 (molt.alg.= 1) , 2 (molt.alg.= 1) , 3 (molt.alg.= 2).

Per dimostrare che è diagonalizzabile devi analizzare l'autospazio relativo
all'autovalore \( \displaystyle \lambda={3} \): devi trovare un autospazio di dimensione = 2.
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Messaggioda Kappagibbi » 30/01/2010, 19:18

Grazie Francesco,ma il mio problema è trovare la matrice diagonalizzante :(!
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Messaggioda Sergio » 30/01/2010, 22:17

Immagino che \( \displaystyle {A} \) sia la matrice che hai dato.
Trovi autovalori e autovettori e puoi così costruire una matrice di autovettori \( \displaystyle {V} \) e una matrice diagonale di autovalori \( \displaystyle {L} \).
Arrivi così a \( \displaystyle {A}={V}{L}{{V}}^{{-{1}}} \).
Premoltiplicando per \( \displaystyle {{V}}^{{-{1}}} \) e postmoltiplicando per \( \displaystyle {V} \) ottieni \( \displaystyle {{V}}^{{-{1}}}{A}{V}={L} \).
\( \displaystyle {L} \) è diagonale.
Poni \( \displaystyle {S}={{V}}^{{-{1}}} \).
Ottieni: \( \displaystyle {S}{A}{{S}}^{{-{1}}} \) è diagonale.
"Se vuoi un anno di prosperità coltiva del riso. Se vuoi dieci anni di prosperità pianta degli alberi. Se vuoi cento anni di prosperità istruisci degli uomini" (proverbio cinese). E invece... http://www.matematicamente.it/forum/post236293.html#236293
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Re: Aiuto matrice diagonalizzante

Messaggioda dissonance » 30/01/2010, 23:05

Kappagibbi ha scritto:Bene, la matrice è ovviamente diagonalizzabile in quanto triangolare
"Ovviamente"... non tanto. Prendi \( \displaystyle {A}={\left(\matrix{{0}&{1}\\{0}&{0}}\right)} \) che è triangolare. Tu dici che è diagonalizzabile? Mi sa di no: gli autovalori di \( \displaystyle {A} \) sono \( \displaystyle {0} \) e \( \displaystyle {0} \) (\( \displaystyle {0} \) con molteplicità algebrica \( \displaystyle {2} \)), quindi se fosse diagonalizzabile sarebbe simile a \( \displaystyle {\left(\matrix{{0}&{0}\\{0}&{0}}\right)} \), e l'unica matrice simile alla matrice nulla è la matrice nulla.

(4 autovalori).
Io ne ho contati solo tre, veramente.
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Re: Aiuto matrice diagonalizzante

Messaggioda Sergio » 30/01/2010, 23:22

<giochicchiando>
dissonance ha scritto:gli autovalori di \( \displaystyle {A} \) sono \( \displaystyle {0} \) e \( \displaystyle {0} \) (\( \displaystyle {0} \) con molteplicità algebrica \( \displaystyle {2} \))

Se sono \( \displaystyle {0} \) e \( \displaystyle {0} \) sono due....

(4 autovalori). ne ho contati solo tre, veramente.

1, 2, 3 e 3 sono quattro ;-)
</giochicchiando>
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Messaggioda dissonance » 31/01/2010, 00:49

:lol: :lol:
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Messaggioda franced » 31/01/2010, 10:46

Ecco una base di autovettori:

\( \displaystyle {{\left({1},{0},{0},{0}\right)}}^{{T}} \)

\( \displaystyle {{\left({2},{1},{0},{0}\right)}}^{{T}} \)

\( \displaystyle {{\left({3},{1},{0},{1}\right)}}^{{T}} \)

\( \displaystyle {{\left({0},{2},{1},-{1}\right)}}^{{T}} \)
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Messaggioda Kappagibbi » 31/01/2010, 14:55

Si sono tre, l'autovalore 3 è di molt algebrica 2.
Prima di scrivere, un piccolo "ante" scriptum:
Fossi in voi, questa ironia penosamente quattrocchi e cameratesca la lascerei da parte. Non arrabbiatevi, sono alle prime armi , e forse imparerò. E chissà, magari con un certo successo! :)



Ad ogni modo, vorrei capire come trovare la matrice diagonalizzante, quindi la base di autovettori che Franced (che ringrazio infinitamente) mi ha proposto :).
Ho provato a costruire gli autospazi risolvendo i sis lineari e a tirarne fuori una base di autovettori da porre in matrice ma.. Ho beccato una matrice identità :S (ovviamente non diagonalizzante :'()

Ad ogni modo, grazie mille per la mano
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Messaggioda Sergio » 31/01/2010, 16:08

Kappagibbi ha scritto:Fossi in voi, questa ironia penosamente quattrocchi e cameratesca la lascerei da parte. Non arrabbiatevi, sono alle prime armi , e forse imparerò. E chissà, magari con un certo successo! :)

Perdonaci. Ci conosciamo da tempo e ogni tanto ci piace prenderci un po' in giro tra noi.
Guarda comunque al sodo.
Dissonance ti ha fatto notare una cosa importante: dire "la matrice è ovviamente diagonalizzabile in quanto triangolare (4 autovalori)" è sbagliato. E' sicuramente diagonalizzabile una matrice simmetrica, non una matrice triangolare.
Inoltre, il fatto che "gli autovalori sono 4" (cosa su cui magari abbiamo un po' scherzato), ridetto un po' meglio suona: la somma delle molteplicità algebriche degli autovalori è uguale all'ordine della matrice. Ma questa, da sola, non è condizione sufficiente per la diagonalizzabilità: occorre anche che le molteplicità algebriche e quelle geometriche coincidano.

Kappagibbi ha scritto:Ad ogni modo, vorrei capire come trovare la matrice diagonalizzante, quindi la base di autovettori che Franced (che ringrazio infinitamente) mi ha proposto :).
Ho provato a costruire gli autospazi risolvendo i sis lineari e a tirarne fuori una base di autovettori da porre in matrice ma.. Ho beccato una matrice identità :S

Hai tutti gli elementi che ti servono (autovalori e autovettori) quindi non capisco la tua difficoltà.
Vuoi forse dire che non riesci a ricalcolare gli autovettori di franced?
Se fosse così, puoi considerare che hai trovato gli autovalori partendo da \( \displaystyle {A}-\lambda{I}={0} \). Ora devi sostituire a \( \displaystyle \lambda \) agli autovalori trovati. Ad esempio, per trovare il primo autovettore, devi trovare una base dell'autospazio relativo a \( \displaystyle \lambda={1} \), cioè una base per lo spazio delle soluzioni del seguente sistema omogeneo:
\( \displaystyle {A}-{1}\cdot{I}={\left(\matrix{{1}&{2}&{0}&{4}\\{0}&{2}&{3}&{1}\\{0}&{0}&{3}&{0}\\{0}&{0}&{0}&{3}}\right)}-{\left(\matrix{{1}&{0}&{0}&{0}\\{0}&{1}&{0}&{0}\\{0}&{0}&{1}&{0}\\{0}&{0}&{0}&{1}}\right)}={\left(\matrix{{0}&{2}&{0}&{4}\\{0}&{1}&{3}&{1}\\{0}&{0}&{2}&{0}\\{0}&{0}&{0}&{2}}\right)}={0} \)
Hai cioè il sistema:
\( \displaystyle {\left\lbrace\matrix{{2}{y}+{4}{t}={0}\\{y}+{3}{z}+{t}={0}\\{2}{z}={0}\\{2}{t}={0}}\right.}\ \text{ }\ \to\ \text{ }\ {\left\lbrace\matrix{{y}={0}\\{z}={0}\\{t}={0}}\right.} \)
Questo vuol dire che qualsiasi soluzione è un vettore in cui tutti gli elementi sono nulli tranne il primo, quindi che una base per lo spazio delle soluzioni è \( \displaystyle {\left({1},{0},{0},{0}\right)} \), il primo autovettore.
Per \( \displaystyle \lambda={2} \), invece:
\( \displaystyle {A}-{2}\cdot{I}={\left(\matrix{{1}&{2}&{0}&{4}\\{0}&{2}&{3}&{1}\\{0}&{0}&{3}&{0}\\{0}&{0}&{0}&{3}}\right)}-{\left(\matrix{{2}&{0}&{0}&{0}\\{0}&{2}&{0}&{0}\\{0}&{0}&{2}&{0}\\{0}&{0}&{0}&{2}}\right)}={\left(\matrix{-{1}&{2}&{0}&{4}\\{0}&{0}&{3}&{1}\\{0}&{0}&{1}&{0}\\{0}&{0}&{0}&{1}}\right)}={0} \)
\( \displaystyle {\left\lbrace\matrix{-{x}+{2}{y}+{4}{t}={0}\\{3}{z}+{t}={0}\\{z}={0}\\{t}={0}}\right.}\ \text{ }\ \to\ \text{ }\ {\left\lbrace\matrix{-{x}+{2}{y}={0}\\{z}={0}\\{t}={0}}\right.} \)
Quindi qualsiasi soluzione è un vettore avente gli ultimi due elementi nulli e il primo uguale al doppio del secondo (\( \displaystyle {x}={2}{y} \)), ovvero \( \displaystyle {\left({2},{1},{0},{0}\right)} \) è una base dello spazio delle soluzioni.
E così via...
Va meglio?
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