函式的不動點和矩陣特徵值有什麼聯絡?

時間 2021-05-06 05:37:24

1樓:

算是潑涼水吧,我覺得函式的不動點和矩陣的特徵值是沒有關係的。

只要考慮矩陣乘法的話,那麼矩陣是向量空間上的函式,所以矩陣當然是函式。不過「函式」的範圍太大了,什麼稀奇古怪的東西都有,矩陣只是性質非常優異的乙個分支。

一般說函式的不動點可能指的是拓撲裡的不動點定理(這個我就不懂了),也有可能是巴拿赫不動點定理,後者是為了說明方程可解性用的。當然,矩陣也可以有不動點,用迭代法求解線性方程的時候就是要用不動點定理,並且矩陣的特徵值也可以是不動點,比如假設矩陣 的特徵值互不相同,並且特徵向量的維度是滿的,那麼考慮迭代式 ,這個迭代式幾乎一定收斂於絕對值最大的特徵值所對應的特徵向量,而 收斂於絕對值最大的特徵值。

閒話就說到這裡。

@L.Sang 提到了譜,譜是特徵值的一般化,而線性運算元是矩陣的一般化(也可以認為矩陣是線性運算元的抽象),向量空間有完備和不完備之分,在其上的定義也會有些出入,在這裡一般考慮完備的內積空間,此時如果固定一組向量空間的標準正交基底,那麼任何線性運算元都可以表示成矩陣的形式。譜的嚴格定義是,對於連續線性運算元空間 ,如果 不可逆(就算其是可逆函式,如果逆函式不連續,則在連續線性運算元空間內 是不存在逆元的,此時視為不可逆),則稱 位於 的譜內。

如果空間是有窮維的,那麼 就是矩陣,而 就是矩陣的特徵值。

之所以要做這種事情,是因為我們想把一般的矩陣寫成盡可能簡單的形狀(不管是特徵分解還是若爾當標準形),這和函式不動點的初衷是完全不同的。對於一般的函式,連線性性都不滿足,根本無從談及基底與矩陣表示。對於任意的 , 總是乙個常數,它的「特徵值」多得數也數不清啊。

不然你總不能要求存在 使得 恆成立吧?

可微矩陣的微分在區域性是近似線性的,因此可以對其應用矩陣的知識,的確數學上也是這麼做的,很可能也經常需要計算微分的特徵值之類。這時你就能看出,不動點是乙個整體的性質,而特徵值是乙個區域性的性質,二者是幾乎無關的。

函式分解應用的是內積吧,或者在區域性分解用的是泰勒展開,泰勒展開就不說了,傅利葉級數所做的事情其實是在把函式變換為乙個數列,這跟譜分解就又沒有關係了

2樓:jRONI

張恭慶泛函分析第一章講不動點的時候把函式方程寫成 ,這樣很方便地可以推到微分方程和積分方程的不動點形式

特徵方程,無論是線性代數還是泛函分析的,都可以寫成

對比以上兩個情況總的來說它們都是求乙個復合運算元 的核,在不動點 ,在特徵方程

相信現在題主應該已經看見了其中的聯絡。若進一步,特徵方程往往是線性運算元(既然是線性代數和線性泛函分析的主題),線性運算元是自同構,而不動點一般不要求這樣強的條件(於是用拓撲也可以研究)

總的來說特徵方程體現了一種乘法對映,從某個角度看(基變換)運算元的作用是對各個座標分別縮放。不動點沒有靈活的縮放係數(特徵值),所以是不動的

3樓:周舟

學科的研究物件構成集合;

集合中的元素(物件)符合一定的變換規則,構成空間;

空間中元素的變換也構成變換空間;

在變換(變化)中尋找不變數,是學科的核心。

4樓:Riemann

函式的本質是兩個集合之間的對映也就是函式可以看成是一種變換,那麼進一步就可以表示成乙個矩陣,那麼就很容易想到,函式的不動點就是lemda=1的情況。

5樓:Kang Yu

最近在重學美版線性代數,好像對這個問題有點點共鳴。應該和樓主有一樣的問題。

先說特徵值 Ax=λx A是乙個變換矩陣,或者說是一種線性運算元。我認為是和函式的對映法則f模擬呢。然後Ax=λx的意義不就是某幾個特殊的列向量x經A運算元轉換為自身的λ倍。

就叫做特徵向量了。 然後對於這個函式,乙個x在f的對映法則下得到的結果還是x。就叫做不動點了...

這兩個嘛,就很奇妙的聯絡。。

6樓:Sang.L

哇,能觀察到這一點題主很厲害啊…

對的,「函式」也有「特徵值」…其實應該說是運算元的譜…矩陣就是一種簡單的線性運算元。

譜就是特徵值和特徵向量的推廣…(不過我其實沒怎麼學過這個,只知道一點基本定義)

當T運算元, λI-T 不可逆, λ被稱為運算元的譜。有限維向量空間上的運算元的譜就是特徵值的集合。然而,無限維空間上的運算元在譜中可能有其他元素,並且可能沒有特徵值。

我用到過的乙個是傅利葉變換的譜,是Hermite 多項式…詳細可以參考維基…

為什麼要研究矩陣的特徵值和特徵向量?

特徵分解是矩陣代數裡面非常重要的一種分解方法。當然脫離應用就有點說不明白。大學裡很多教書的也只是照本宣科,所以導致大家都會算特徵值,特徵向量。但是還是不太明白這些到底是個啥?後來接觸機器學習演算法才算有一些了解。特徵分解應該說是一種簡化線性演算法。比如Ax lambda x,A是矩陣,矩陣在任意應用...

如何理解 乙個矩陣的逆矩陣的特徵值等於這個矩陣的特徵值的倒數 ?

sixue 矩陣是什麼?矩陣就是線性變換。什麼是線性變換?就是旋轉,伸縮。注意,這裡的旋轉和伸縮是兩個座標軸 先以二維空間為例 分別操作的,所以我們可以把 剪下 也劃歸到這個體系裡。即,正如伸縮分為各向同性伸縮和各向異性伸縮 另外反射也可以當成伸縮 剪下也可以被當成各向異性旋轉 只旋轉某些座標軸 這...

矩陣 數列 微分方程的特徵值是什麼關係?

chris 微分方程的特徵值很好理解 把函式當成有實數那麼多個座標的無窮維向量那麼求導就相當於無窮維向量到無窮維向量的對映 常係數線性遞推數列和常係數線性常微分方程,它們的所謂特徵值,就是它們所對應的差分方程組和微分方程組的係數矩陣的特徵值 矩陣與其特徵值的關係是最本質的,但是我這裡不講,因為你隨便...