загрузка...

трусы женские
загрузка...
На главную » Рефераты по математике » Теоремы Перрона-Фробеніуса та Маркова

Теоремы Перрона-Фробеніуса та Маркова

Теоремы Перрона-Фробеніуса та Маркова

В роботі дано елементарне доведення відомих теорем Перрона-Фробеніуса та Маркова для матриць другого порядку. Робота має певну методичну цінність і може бути використана на заняттях шкільних гурків та факультативів

Відомо [[1]-[10]], яку важливу роль відіграють невід'ємні матриці в математичних моделях економіки, біології, теорії ймовірностей тощо.

Одними з основоположних фактів теорії цих матриць є теореми Перрона. Перрона-Фробеніуса та Маркова. Доведення цих теорем в загальному випадку потребує застосування теорем з таких неелментарних розділів математики, як теорія екстремумів функції багатьох змінних, жорданова нормальна форма тощо.

Мета роботи дати елементарне доведення вищезгаданих теорем Перрона, Перрона-Фробеніуса та Маркова для матриць другого проядку, яке цілком доступне і для школярів 9-го класу. Це дозволить, наприклад, на заняттях шкільних математичних гуртків чи факультативів розглянути та проаналізувати змістовні математично-економічні та теоретико-ймовірносні моделі (наприклад, модель Леонтьєва, випадкове блукання на відрізку) з повним доведенням всіх тверджень.

1.Необхідні відомості з теорії матриць.

Матриця розмірів m x n - це прямокутна таблиця чисел з m рядків та n стовпців. Позначається матриця так:

Квадратною матрицею n-го порядку зветься матриця розміром n x n. Важливою числовою характеристикою матриці є її визначник, який позначається detA. Для 2x2 матриці . Матриці А та В однакових розмірів називаються рівними, якщо іх відповідні елементи однакові, що записують так: А=В.

З матрицями можна здійснювати такі операції:

Множити на число

Приклад:

Додавати матриці однакових розмірів:

Приклад:

Множити матриці:

Приклад:

Взагалі, добутком матриці А розмірів m x r та матриці В розмірів r x n називається матриця С розмірів m x n, яка позначається АВ. Елемент cij цієї матриці - це сума попарних добутків елементів i-го рядка матриці А та елементів j-го рядка матриці В, а саме:

Якщо А та В квадратні матриці однакового порядку, то їх завжди можна перемножити.

Квадратна матриця порядку n, у якої єлементи , а інші елементи є нулями, називається одиничною матрицією порядку n. Однична матриця має таку властивість: АЕ=ЕА=А, де А - квадратна матриця порядку n, Е - одинична матриця такого ж порядку.

Нехай А - квадратна матриця, тоді матриця А-1 зветься оберненою до матриці А, якщо

Не в кожної матриці є обернена до неї, а саме А-1 існує тоді і тільки тоді, коли .

Беспосередньо можна первірити, що для

Визначення: Число l називається власним значенням n x n матриці А, якщо знайдется стовпчик такий, що АХ=l Х. При цьому Х називається власним вектором матриці А, що відповідає власному значенню l .

Якщо власний вектор Х відповідає власному значенню l , то сХ, де с - const, також власний вектор, що відповідає l . Власне значення є коренем характеристичного рівняння . Звідки видно, що не у кожної матриці є власні значення.

Визначення: Матриця А зветься додатною, якщо всі її елементи додатні, це позначається А> 0.

Теорема Перрона: Нехай А - додатна матриця, тоді А має додатне власне значення r> 0 таке, що:

1. r-відповідає єдиний (з точністю до множення на число) власний вектор.

2. інші власні значення по модулю < r.

3. власний вектор, що відповідає r, можна вибрати додатним (тобто з додатними елементами).

Доведення теореми для 2х2 матриць.

Нехай .

Тоді .

Напишемо характеристичне рівняння для матриці А:

.

Це квадратне рівніння з дискримінантом:

І тому

Тобто твердження теореми 1 і 2 доведені, якщо r=l 1.

Знайдемо власний вектор , що відповідає власному значенню l 1 з рівності

Тоді

, або

Враховуючи, що

перепишемо систему у вигляді:

Але і тому рівняння системи пропорціональні, а це означає, що одне з них можна відкинути.

Знайдемо x1 з першого рівняння системи

Щоб довести, що власний вектор можна вибрати додатним, достатньо перевірити, що ,тому що поклавши отримаємо x1> 0.

Враховуючи, що b> 0 треба довести, що ,

але це випливає з того, що , бо cb> 0.

Таким чином третє твердження доведено, а з ним доведена теорема.

Визначення : Матриця А n-го порядку зветься нерозкладною, якщо однаковим переставленням рядків та стовпців її не можна привести до виду , де А1, А2 - квадратні матриці розмірів k x k та (n-k) x (n-k) відповідно. Для 2х2 матриць це означає, що та

Визначення : Матриця А зветься невід'ємною, якщо всі її елементи невід'ємні.

Зауваження : Фробеніус довів, що твердження теореми Перрона залишаються в силі для нерозкладних невід'ємних матриць. Це можна довести, просто повторивши наше доведення теореми Перрона для 2х2 матриць у випадку, коли один або обидва діагональних елемента дорівнюють нулю.

Визначення : Квадратна матриця називається стохастичною, якщо

1)

2)

Теорема Маркова: Нехай для стохастичної матриці P існує натуральне число k0 таке, що (тобто всі елементи додатні). Тоді

1. (існування границі матриці означає, що існує границя кожного її елементу)

2. Матриця - має однакові рядки.

3. Всі елементи цих рядків додатні.

Доведення теореми для 2х2 матриць.

Запишемо стохастичну матрицю у вигляді , де

Запишемо її характеристичне рівняння: ,

Це квадратне рівняння з дискрімінантом:

І тому

З урахуванням маємо , але якщо , то це значить, що p=q=1 або p=q=0, відкіля матриця P буде мати вигляд , або і тоді P n містить нулі , що суперечить умові. Таким чином .

Беспосередньою перевіркою з урахуванням стохастичності встановлюємо, що власному значенню відповідає власний вектор , де x1=x2, тобто, наприклад власний вектор. Знайдемо власний вектор , що відповідає власному значенню .

За визначенням

Звідки

Згадуючи, що отримуємо

Очевидно, що рівняння системи пропорційні, тому одне з них можна відкинути. Знайдемо y1 з першого рівняння: або звідки , але , бо в протилежному випадку дана матриця мала б вигяд: , а тоді матриця мала б нульовий елемент , що суперечить умові. Тому можна записати, що

Доведемо тепер твердження 1 теореми.

Розглянемо матрицю S, стовпцями якої є власні вектори матриці P. Нам необхідно отримати зручну формулу для Pn.

Позначимо

Страницы: 1 2
 
Подобные рефераты:
Численные методы
Припускаємо, що [pic]та визначник матриці А відмінний від нуля, так що існує єдиний розв'язок х. З курсу алгебри відомо, що систему (1) можна розв'язати за формулами Крамера*. Для великих m цей спосіб практичн
Розкриття невизначеностей за правилом Лопіталя
Раскрытие неопределенностей по правилу Лопиталя.
Сравнения высших степеней
Реферат по высшей математике на украинском языке.
Функцiя, класифiкацiя функцiй
Абсолютна величина дiсного числа. Властивостi абсолютних величин. Функцiя. Парнiсть, непарнiсть, перiодичнicть, монотоннicть. Складна функцiя. Класифiкацiя функцiй.
Построение решения задачи Гурса для телеграфного уравнения методом Римана
Мета роботи: в даній роботі необхідно ознайомитись з методом отримання розв'язку задачі Гурса для телеграфного рівняння (1.1) з початковими умовами (1.2); довести існування та єдиність цього розв'язку; навести
Геометрия Лобачевского
Нехай тепер АОВ - деякий гострий кут. (рис1) В геометрії Лобачевського можна вибрати таку точку М на стороні ОВ, що перпендикуляр MQ до сторони ОВ не перетинається з другою стороною кута. Цей факт як раз підтв
Середні Значення
Середнє квадратичне відхилення. Ми вже встановили, що сума відхилень даних від середнього значення дорівнює нулю. Тому, якби ми вирішили шукати середній показник відхилень, то він також дорівнював би нулю. В с
Методы обучения математике в 10-11 класах
Пояснювально-ілюстративний метод можна використовувати на будь-якому уроці, а не лише при поясненні нового, складного матеріалу. Цей метод сприяє розвитку просторового уявлення і через наочність покращує розум
Математические модели инфляции
На сучасному етапі Україна знаходиться на шляху ринкових перетворень. Це зумовлює виникнення багатьох економічних процесів, різним чином впливаючих на розвиток країни. Одним з таких процесів є інфляція - с
Похідна та її застосування
Основна складність полягає в тому, щоб навчити школярів застосувати похідну для дослідження функцій, розв'язання прикладних задач алгебри та геометрії. Показати алгоритми застосування похідної, що значно полег
Похідна функції правила диференціювання за підручником Кулініча
Вправа № 19(4) Знайти похідну y' для функції y=y(x),заданої параметрично. Вправа №19(6) Знайти похідну для функції, заданої параметрично. Вправа №20(4) Знайти похідну для диференційованої фу
Приближенное вычисление определенных интегралов, которые не берутся через э ...
Багато задач науки і техніки приводять до проблеми обчислення інтегралів, але не всі інтеграли піддаються обчисленню. В даній роботі разглядається питання наближеного обчислення визначених інтегралів, що не бе
Треугольник РЕЛО (Трикутник Рьоло)
Ще з часів Древнього Сходу, від цивілізації Єгипту і Вавилона дійшли до нас древні математичні тексти, що свідчать про ту велику увагу, що приділяли наші предки розвитку геометрії [1]. У Єгипті і Вавилоні не б
Похідна функції, правила диференціювання
Решение задач на дифференцирование функций.
Абсолютна величина дiсного числа. Властивостi абсолютних величин
Тема:Абсолютна величина дiсного числа.Властивостi абсолютних величин. Змiннi i сталi величини.Функцiя.Парнiсть,непарнiсть,перiодичнicть,моно-тоннicть.Складна функцiя.Класифiкацiя функцiй.Перетворення графi
Карл Фрідріх Гаусс
З 1795 р. Гаусс - студент Геттінгенського університету. Він охоче відвідує лекції з філософії і математики. В цей час він починає свої математичні дослідження. На цей ранній період його творчої діяльності (йом
Векторная алгебра
Свойства и уравнения векторной алгебры.
Использование цепей Маркова в моделировании социально-экономических процесс ...
Основные понятия теории марковских цепей. Теорема о предельных вероятностях. Области применения цепей Маркова. Управляемые цепи Маркова. Выбор стратегии.
Аксиоматика векторного пространства
VI. Для любого вектора [pic] и действительно числа [pic], существует единственный вектор [pic], называемый произведением вектора [pic] на число [pic] и обозначаемый т.о.: [pic], т.е.
Нормальные Алгоритмы Маркова. Построение алгоритмов из алгоритмов.
В 1956 году отечественным математиком А.А. Марковым было предложено новое уточнение понятия алгоритма, которое позднее было названо его именем.
загрузка...
ur.co.ua

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар