矩阵分析第5章答案.doc

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1、第五章范数、序列、级数(详解)5-1解:需要验证给出的公式满足矩阵范数的四个性质。非负性与齐次性容易验证,先证三角不等式。若B=(bij)eCmx贝9llA+Bll=EEk-+/?v;=1;=1mn辽站也I)/=1J=1mnmn=EEkHZZfel/=!j=1/=1j=l=I

2、A

3、M

4、B

5、

6、最后证矩阵乘法的相容性。若A=(6/.)gC,nxnB=(/?..)€Cmxn,则IIabII=EEE^p■»k=lEESkll^-k=PPi=lJ=1m

7、)/=1k=lj=lk=

8、=AB因此所给计算公式的确是矩阵范数。EE(£血)(£悅

9、)R=1k="P5-2解:因为nt霸严(工工/=!J=1aij)2JI4=(E根据Holder不等式mInAx

10、

11、;=亍匕内41>1mnan工⑵血)(那)122=

12、2^

13、

14、a

15、

16、f

17、

18、x

19、

20、2x«wIL=(E闰2)5-4解:(1)A“=,故limAa发散。(2)A的特征值人*0.9V1,故A*收敛,且limA*=OoRT8⑶A*00.9*00k0.9k~l0.9*由于limO.9A=0,limO.9'-

21、1=0RT8故A*收敛,且limAa=RT8⑷由于

22、

23、A

24、L=0.9<1,A*收敛,且limA'=0ATX5-3解:取a=(LO<--,O)z,设x=(西,兀2,…,£)丁,则/=!范数是矩阵理论的一个重要概念,在许多方面有广泛应用。5-5解:由于

25、AE-A

26、=(A-

27、)(/l--)(A--)=0,所以A有三个不同特征值3人二丄,人=丄,厶二丄。p(A)<1且A可以相似对角化,即存在可逆矩阵P,使得23于是00P~]00limA*=POP1=0kT85-6解:由于

28、AE-A

29、=a-5)(A+r)2=0,所以A有三个特征

30、值人=5,入=入=又A为实对称矩阵,于是一定存在可逆矩阵P使得_500_1-1-TA=P0_10p',p=11000-1101显然p(A)=5o那么p-'1P(A)厂1从而lim(—A/=PkF/?(A)5-7解:因为级数1+兀+/+.・・+?•…的收敛半径为1,而

31、

32、A

33、L=O.9<1,故矩阵幕级数E+A+A~+…+A”…绝对收敛。5-8解:因llAIL=0・9V1。故P(A)<1。由定理知所求矩阵幕级数的和是(E-A)T。I大I0.8E-A=-0.1-0.5-0.10.5-0.32210T~73125T142-0.

34、2-0.4().82(E-A)-1=11于是221()7731257143522E+A+A’+…+A*…=115・9解:首先求得Re—A

35、=(/l+l)2=0,即有两个特征值人=入=一1于是A的谱半径001p(A)=l。而幕级数工:A"的收敛半径RT,所以只能用定义来验证其敛散性。求出k=lk矩阵A的Jordan标准形J及可逆矩阵P且使得pAP=J=_1*,A'=PJ'P1_o_i.对于矩阵幕级数8[OO1(沖wk=Kk=lRoooo工(-1严k=y(-l/hk容易看岀上式右端只有数项级数£(-1/-1是发散的,尽

36、管其余位置的数项级数收敛,也«=

37、导致此矩阵幕级数发散。“1k对于矩阵幕级数丈占A'P(工討“肝k=l人k=lK'y(-l)©ay(-1/-1Hky(-l/hk2oo由于幕级数工丄*,其收敛半径为/?=l=p(A)。只能用定义来判断,即*=ik丈右A'P(工尹肝k=l人k=lK'y(-l)©ay(-1/-1右ky(-l/容易看出上面的矩阵序列屮四个位置元素所构成的数项级数均收敛,从而矩阵帚级数g1工厶A*也收敛。5-10解:(1)根据题意得匕[0“1人k181y-由于数项级数£丄收敛,乞丄发散,故此矩阵幕级数发散。女=

38、1k"k=}k(2)根据题意得灯-旷(-1/.hk&二(-}k由于数项级数工¥“Ik匕匚都收敛,故此矩阵幕级数收敛(不是绝对收敛)。OOZk*=1K(3)根据题意的oo冷°'-1上=1K00(-1/R(-1严(-1)0”1)(-1严2(-1/<(一1)hk2y(-iry(-i)右k2丄£匕!(_1严2台khkY(-l/hk2L_1由于数项级数工一(-I)"?发散。k=kOO故此矩阵幕级数发散。(4)根据题意得OO工丄0(-1)00"1)1(-1/8由于数项级数0y(-D^hky(-l/hk2二(-Y二(-Y工工

39、都收敛,故此矩阵幕级数收敛(不是绝对收k=kk=lk敛)。5-11解:(1)幕级数的收敛半径/?=1,X

40、AE-A

41、=(/l--)a--)2o所以Ar=i62的特征值为人二入二;,&二;,从而A的谱半径p(A)二;VR。于是矩阵幕级数262收敛。k=OO(2)由于工=(1一兀尸。所以fc=OQ>y=(i-兀尸,工严=(i-兀尸

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