矩阵特征值和特征向量的计算上机报告.docxVIP

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矩阵特征值和特征向量的计算 (一)问题 设: A=621231111 利用反幂法求这一矩阵在2附近的特征值和对应的特征向量。 (二)解决问题算法 题设中已经要求使用反幂法求矩阵的特征值和特征向量。|A|=9≠0,故A-1存在,可以使用反幂法求解。下面回顾反幂法: 反幂法,就是应用幂法于A-1上求A的模的最小特征值和对应的特征向量。因此其基本的迭代格式: Ayk=zk-1 μk=yk模的最大分量 zk=ykμk 若A的特征值为: |λn|λn-1≤…≤|λ1| 则{zk}收敛于A对应的λn的一个特征向量,{μk}则收敛于λn-1,其收敛速度依赖于|λn/λn-1|的大小。 在求得A的某个特征值λi的近似值λi,应用反幂法与A-λiI上来求其对应的某个特征向量的: (A-λiI)yk=zk-1 zk=yk||yk|| 当λi是λi很好的近似时,只需迭代一次就可得到很好的近似特征向量。 就本题而言,先计算f(y)=|A- yI |,确定其零点的大致分布: 可见A的三个特征值互不相等且均为实数,分别在0.5,2,7附近。 所以只使用一次反幂法只能求出在0.5附近的特征值和特征向量,为了求出题设要求的在2附近的特征值和特征向量,必须要再使用收缩技巧。 一个简单实用的收缩技巧是正交变换法:假设Ax1=λ1x1,先计算一个Householder变换H使得: Hx1=αe1 因为本题的特征值均为实数,由实数域的封闭性,每一个特征值对应的特征向量分量也均为实数。然后可以得到HAH’有如下形式: HAH=λ1*0A1 由此A1是n-1阶矩阵,包含A的其余n-1个特征值,再用反幂法于A1,就可以得到A的另一个特征值,即为要求的特征值,然后使用反幂法求出要求的特征向量即可。 也可以使用带位移的反幂法先求出2附近的特征向量,在求出特征值。 (三)使用的软件 IDL (四)数值结果 所求出的在2附近的特征值: 2.13307 该特征值对应的三维特征向量: (-0.497425,-0.819589,0.284327)T (五)数值结果分析 1、第一次使用反幂法求0.5附近的特征值和特征向量: kzku1/u00.000000.000001.000001-0.07143-0.285711.000001.555560.6428552-0.05634-0.352111.000001.690480.5915483-0.04918-0.368851.000001.718310.5819674-0.04699-0.373281.000001.724950.5797275-0.04638-0.374481.000001.726680.5791466-0.04621-0.374801.000001.727140.5789927-0.04616-0.374891.000001.727270.5789488-0.04615-0.374911.000001.727300.5789389-0.04615-0.374921.000001.727310.57893510-0.04615-0.374921.000001.727310.57893511-0.04615-0.374921.000001.727310.57893512-0.04615-0.374921.000001.727310.57893513-0.04615-0.374921.000001.727310.57893514-0.04615-0.374921.000001.727310.57893515-0.04615-0.374921.000001.727310.578935由上表可知,A的模最小的特征值为0.578935; 对应的特征向量为(-0.04615,-0.37492,1.00000)T 因为|λn/λn-1|≈3.7,所以上面使用反幂法收敛速度还是比较快的,迭代9次以后得到的近似值就在精度要求的范围内与实际值相等。 2、使用收缩技巧后,第二次使用反幂法求2附近的特征值和特征向量: kzku1/u00.000001.0000010.487351.000000.334152.9926920.714231.000000.413512.4183130.792581.000000.450462.2199640.816741.000000.463222.1588150.823921.000000

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