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实例演示特征方程求解

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最近在学习过程中,过冷水经常会接触到以下关系式

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懂得人自然懂,该关系式其实就是薛定谔方程,该等式其实很有特点,我高等数学中的特征方程和形式一致,本期过冷就和大家学习一下解特征方程问题,用Matlab轻松解薛定谔方程。

在学习线性代数过程中,肯定都有特征值与特征向量的概念,先和大家温习一下特征值和特征向量概念。

设A为n阶矩阵,存在可逆矩阵P=(α12,...n)使得以下关系式成立

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对上述等式进行改写

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α1为A的特征向量,λ1 为对应的特征值。那么如何解 Aα=αλ 这个方程?

 

线性代数中Aα=αλ 改写成(λE一A)α=0,这说明对于λ,方程组(λE一A)x=0有非零解,α就是方程组(λE一A)α=0一个非零解反之,若齐次线性方程组(λ0E一A)x=0有非零解α0 ,则数λ0是A的特征值,α0是A的属于特征值λ0的特征向量.这就是说数λ是A的特征值当且仅当齐次线性方程组(λE一A)x=0有非零解.而齐次线性方程组(λE一A)x=0有非零解的充分必要条件是|λE一A|=0.因此数λ是A的特征值当且仅当|λE一A|=0.定义理解起来好抽象,过冷水给大家举一个简单一点案例。

给出矩阵A,求对应对应的特征值和特征向量。

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则A特征方程为

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A的特征值为 λ1=-3,λ2=2,

A的属于λ1=-3特征向量是线性方程组(-3E一A)x=0即:

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A的属于λ2=2特征向量是线性方程组(2E一A)x=0即:

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一般在解决实际问题的时候,我们不可能用手算,工作量太大了,可以使用Matlab函数完成特征方程求解。

[V,D] = eig(A) 返回特征值对角矩阵 D 和矩阵 V,其列是对应右特征向量,使得 A*V = V*D

A=[1 5 8;7 5 9 ;4 4 8]
[V,D] = eig(A)
N=V*D
M=A*V
A =
 
     1     5     8
     7     5     9
     4     4     8
V =
   -0.4871   -0.8048   -0.1517
   -0.6921    0.5888   -0.8344
   -0.5327    0.0757    0.5299
D =
 
   16.8540         0         0
         0   -3.4107         0
         0         0    0.5567
N =
 
   -8.2092    2.7448   -0.0844
  -11.6643   -2.0081   -0.4645
   -8.9783   -0.2583    0.2950
M =
   -8.2092    2.7448   -0.0844
  -11.6643   -2.0081   -0.4645
   -8.9783   -0.2583    0.2950

而对于这样文章开头提到的薛定谔方程该如何求解?

在此给大家一个比较简单的案例,薛定谔方程借鉴的矩阵特征方程形式,实际不是矩阵运算,

image.png

可以解得:

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    关于微分方程问题 偏微分方程数值详讲  偏微分工具箱求解热导方程实例演示中有做详细叙述,在此过冷水就不做详细讲解,本期只是给大家普及一下特征方程和特征向量概念,以及具体使用技巧,是实际应用中 eig(A)的用法很多,过冷水在后期会一一和大家讲解。

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首次发布时间:2021-08-14
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过冷水
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