11121
212212
12
()det()
n
fIA
λ
λ
λλ
λ
−−−
−−−
=−=
−−−
L
L
的根来得到。上式中
是n阶单位阵,
表示
的行列式,它是
的n次
代数多项式。总所周知,5 次以上的代数多项式是没有求根公式的,它们的求解大部分是
相当困难的。同时高次多项式的重根的计算往往精度较低等。因此,从数值计算的观点来
看,用特征多项式来求矩阵特征值的方法并不可取,必须建立有效的数值方法。
在实际应用中,求矩阵的特征值和特征向量通常分为变换法和迭代法两种。变换法是
从原矩阵从发,用有限个正交相似变换将其化为便于求出特征值的形式,如对角矩阵、三
角形矩阵等。这类方法有工作量小和应用范围广的优点,但由于舍入误差的影响,其精度
往往不高。迭代法的基本思想是将特征值及特征向量作为一个无限序列的极限来求得。这
类方法对舍入误差的影响有较强的稳定性,但通常工作量较大。
实际问题中提出的特征值问题其要求是不相同的,有些问题只要求计算绝对值最大或
最小的特征值,但更多的则要求计算全部特征值和特征向量。必须针对问题特点进行具体
分析,选择适当的方法。下面介绍几种目前在计算机上比较常用的矩阵特征值问题的数值
方法。
8.1 矩阵特征值问题的有关理论
本节叙述一些与特征值有关的概念与结论。
命题 8.1 设 是的特征值,则有
; ,
式中 为矩阵的迹。
在计算矩阵的特征值时,如果能够给出特征值大小的一个范围,在很多情况下是非常
有用 的。在前面的范数讲到,可以用范数粗略估计特征值外,还可以利用著名的
Gerschgorin 圆盘定理来估计特征值。
定理 8.1 (Gerschgorin(格什戈林)圆盘定理) 设 ,则设的每一个特征
值
,
其中
为第个圆盘。
定理 8.2 如果 A 的 n 个圆盘中的 m 个圆盘形成一个连通集 S,且 S 与其他 n-m 个圆
盘是分离的。则在连通集 S 中恰好有 A 的 m 个特征值。特别地,当 m=1 时,即每个孤立
圆盘中恰好有一个特征值。
【例 1】 估计矩阵 A 的特征值范围,其中
nn
iji
λ
×
=∈=
1
n
i
i
λ
=
=
∏
11
()
nn
ii
λ
==
==
()
ij
=∈
1
n
i
λ
=
∈
1,
n
iiiij
jji
=≠
=−≤=
∑
L
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