Appearance
11 矩阵函数与矩阵指数
1. 好定义必须只依赖函数本身
对多项式
对更一般函数,不能只说“把
若闭曲线
它保证定义只依赖
2. 三种计算路径
可对角化矩阵
若
Jordan 形
对
所以函数要在每个特征值处有足够阶的导数,阶数由最大 Jordan 块决定。
插值多项式
由 Cayley–Hamilton,
3. 矩阵指数
它总是可逆,且
不交换时一般不成立。
线性常微分方程
的解为
因此
4. 平方根、对数与分支
若
一般矩阵的平方根和对数可能不存在、可能不唯一,也依赖复平面上的函数分支。使用
5. Lyapunov 方程
若
有积分表示
该式直接说明
6. 谱映射
在适当条件下,
例如
7. Riesz 谱投影
若闭曲线
这是一个投影:
Riesz 投影说明围道积分不仅能计算
8. 三阶 Jordan 块上的函数
令
则
更一般地,
这也给出次数至多
9. Lyapunov 解为什么唯一
对线性算子
向量化得到
其特征值是
对积分表示求导可直接验算:
从
关于分支还可更精确地说:任意可逆复矩阵都有某个复对数;若谱不碰非正实轴,则存在唯一的主对数。矩阵平方根也可能有多支;若谱避开非正实轴,则存在唯一的主平方根,其特征值实部为正。
10. 自检
- [ ] 知道为什么幂级数替换不是唯一出发点。
- [ ] 能对一个 Jordan 块计算
。 - [ ] 不在
时误用 。 - [ ] 能从积分表示解释 Lyapunov 解的半正定性。
- [ ] 能解释 Riesz 投影如何选出一簇特征值的不变子空间。
- [ ] 能写出
Jordan 块上的 。
下一章:非负矩阵与 Perron 理论。