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北航 矩阵论 习题4.2参考答案

北航 矩阵论 习题4.2参考答案
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习题4.2

1.分别写出下列矩阵的盖尔圆盘,并画出图。

(2)123624612123624612??

? ? ?

???;(5)10.10.20.30.530.10.210.310.50.20.30.14?? ?

? ?- ?--??

。 解:

(2)该矩阵的4个盖尔圆为:

1234:111,:420,:39,:1212;G z G z G z G z -≤-≤-≤-≤如下图所示

(5)该矩阵的盖尔圆为:

1234:10.6,:30.8,:1 1.8,:40.6G z G z G z G z -≤-≤+≤+≤

6.设矩阵11111111444444441211121155555555,11311131666666661113111477777777???? ? ? ? ? ? ? ? ?

== ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?????

A B 。证明:

谱半径()1ρ

矩阵A 的盖尔圆为

123413231133

:,:,:,:44552277

A A A A G z G z G z G z -≤-≤-≤-≤

如下图所示,只能判断()1ρ≤A

取10000

10000100

00

5/4?? ?

?

= ? ?

??

D 令11111444512145552511326661555532828287-?? ? ? ? ?== ? ? ? ? ???

C DA

D C 的盖尔圆为

12341721417315

:,:,:,:410525215728

C C C C G z G z G z G z -≤-≤-≤-≤

C 的盖尔圆如下图所示

:

由上图可知,C 的盖尔圆都落在x =1的左边,且圆心都在y 轴右侧,所以其特征值模都小于1,又因为A 与C 的特征值相等,所以A 的特征值模都小于1,即()1ρ

B 的盖尔圆为

123413231143

:,:,:,:44552277

B B B B G z G z G z G z -≤-≤-≤-≤

B 的盖尔圆如下图所示

由B 的盖尔圆的分布可知B 的特征值模均小于等于1,即()1ρ≤B ,而B 有特征向量()1,1,1,1T

,对应特征值为1,故()1ρ=B 。

8.证明矩阵00101

40110620

11

8?? ?

?

= ? ???

A 至少有两个实特征值。 证明:盖尔圆盘为:1234:1,:42,:63,:82G z G z G z G z ≤-≤-≤-≤,注意到1G 与234,,G G G 互不相交,故1G 包含一个实特征值,另外3个特征值包含在

234G G G ??中,又因复特征值总成对出现,故这3个特征值必包含一个实特征值,从而A 至少有两个实特征值。

10.由盖尔定理隔离9121221015111101,104082201001-??

-?? ?

?

?=-= ? ?- ? ?????

A B 的特征值(画图表示),并由实矩阵特征值的性质改进结果。

解法一:对A ,123:23,:102,:2010G z G z G z -≤-≤-≤

对T A ,123:29,:104,:202G z G z G z '''-≤-≤-≤

如下图所示,综合考虑可知,在123

,,G G G '中各有一个特征值,且必为实数。

对B ,1234:94,:152,:41,:11G z G z G z G z -≤-≤-≤-≤ 对T B ,1234:92,:151,:43,:12G z G z G z G z ''''-≤-≤-≤-≤

如下图所示,综合考虑可知,在1234,,,G G G G ''中各有一个特征值,且必为实数。

解法二: A 的盖尔圆为

123:23,:102,:2010A A A G z G z G z -≤-≤-≤ A 的盖尔圆如下图所示

取200010001?? ?= ? ?

??

D 令

124

2110124220--?? ? ?==- ? ??

?C DAD C 的盖尔圆为

1233

:26,:10,:20

62

C C C G z G z G z -≤-≤-≤

C 的盖尔圆如下图所示

可见C 的盖尔圆两两不相交,即C 的特征值都为实数,由于A 的特征值与C 的特征值相等,所以A 的特征值都为实数且两两不等。

B 的盖尔圆为

1234:94,:152,:41,:11B B B B G z G z G z G z -≤-≤-≤-≤

B 的盖尔圆如下图所示

取10000100'00100002?? ?

?= ? ???

D 令1'-=F DBD 则F 的盖尔圆为

123473

:9,:15,:41,:1222

F F F F

G z G z G z G z -≤-≤-≤-≤

F 的盖尔圆如下图所示

由于F的盖尔圆两两不相交,所以B的特征值是4个不相等的实数。

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