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3Blue1Brown特征向量课后题:斐波那契用矩阵求解问题

2023-07-25 18:51 作者:砕月-歲月  | 我要投稿

刚刚知道B站可以写数学公式赶紧来把博客的文搬过来。

3Blue1Brown特征向量课后题
  • 我们知道对于矩阵 A%5En,它可以通过特征向量的线性组合来进行相似对角化,先D%20%3D%20P%5E%7B-1%7DAP  后 A%5E%7Bn%7D%20%3D%20PD%5EnP%5E%7B-1%7D,其中 D%20是一个由特征值组成的对角矩阵,P%20%3D%20%5Bv_1%2C%20v_2%5D%20是一个包含线性无关的特征向量的矩阵。

  • 对于矩阵 A%20%3D%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D0%20%26%201%20%5C%5C%201%20%26%201%5Cend%7Bbmatrix%7D,我们已经求出了两个线性无关的特征向量:v_1%20%3D%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D2%20%5C%5C%201%20%2B%20%5Csqrt%7B5%7D%5Cend%7Bbmatrix%7D%2C%20%5Cquad%0Av_2%20%3D%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D2%20%5C%5C%201%20-%20%5Csqrt%7B5%7D%5Cend%7Bbmatrix%7D.

  • 把这两个向量按列排成矩阵P

    P%20%3D%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D2%20%26%202%20%5C%5C%201%20%2B%20%5Csqrt%7B5%7D%20%26%201%20-%20%5Csqrt%7B5%7D%5Cend%7Bbmatrix%7D.

  • 矩阵 P%5E%7B-1%7D 可以通过求 P 的逆矩阵得到:

    P%5E%7B-1%7D%20%3D%20-%5Cfrac%7B1%7D%7B4%5Csqrt%7B5%7D%7D%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D1%20-%20%5Csqrt%7B5%7D%20%26%20-2%20%5C%5C%20-1%20-%20%5Csqrt%7B5%7D%20%26%202%20%5Cend%7Bbmatrix%7D.

  • 我们有 D%20%3D%20PAP%5E%7B-1%7D,其中

    D%20%3D%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%5Clambda_1%20%26%200%20%5C%5C%200%20%26%20%5Clambda_2%5Cend%7Bbmatrix%7D%20%3D%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%5Cfrac%7B1%20%2B%20%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%20%26%200%20%5C%5C%200%20%26%20%5Cfrac%7B1%20-%20%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cend%7Bbmatrix%7D

    是特征值组成的对角矩阵。

  • 我们可以把 A%5En表示为 PD%5EnP%5E%7B-1%7D。由于 D 是对角矩阵,我们可以直接将 D 的每个元素取 n 次幂:

D%5En%20%3D%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%5Cleft(%5Cfrac%7B1%20%2B%20%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20%26%200%20%5C%5C%200%20%26%20%5Cleft(%5Cfrac%7B1%20-%20%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%5Cend%7Bbmatrix%7D.

  • 然后再将 D%5En 代入 PD%5EnP%5E%7B-1%7D,得到:

A%5En%20%3D%20P%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%5Cleft(%5Cfrac%7B1%20%2B%20%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20%26%200%20%5C%5C%200%20%26%20%5Cleft(%5Cfrac%7B1%20-%20%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%5Cend%7Bbmatrix%7DP%5E%7B-1%7D%20%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B4%5Csqrt%7B5%7D%7D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D2(%5Csqrt%7B5%7D-1)%5Cleft(%5Cdfrac%7B1%2B%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20%2B%202(1%2B%5Csqrt%7B5%7D)%5Cleft(%5Cdfrac%7B1-%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20%26%204%5Cleft(%5Cdfrac%7B1%2B%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20-%204%5Cleft(%5Cdfrac%7B1-%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20%5C%5C%204%5Cleft(%5Cdfrac%7B1%2B%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20-%204%5Cleft(%5Cdfrac%7B1-%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20%26%202(1%2B%5Csqrt%7B5%7D)%5Cleft(%5Cdfrac%7B1%2B%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20-%202(1-%5Csqrt%7B5%7D)%5Cleft(%5Cdfrac%7B1-%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%5Cend%7Bbmatrix%7D.

  • 下面写个大一点的完整的A%5En表达式(简化后):

A%5En%20%3D%20P%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%5Cleft(%5Cfrac%7B1%20%2B%20%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20%26%200%20%5C%5C%200%20%26%20%5Cleft(%5Cfrac%7B1%20-%20%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%5Cend%7Bbmatrix%7DP%5E%7B-1%7D

%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B%5Csqrt%7B5%7D%7D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%5Cleft(%5Cdfrac%7B1%2B%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5E%7Bn-1%7D%20-%20%5Cleft(%5Cdfrac%7B1-%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5E%7Bn-1%7D%20%26%20%5Cleft(%5Cdfrac%7B1%2B%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20-%20%5Cleft(%5Cdfrac%7B1-%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20%5C%5C%20%5Cleft(%5Cdfrac%7B1%2B%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20-%20%5Cleft(%5Cdfrac%7B1-%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20%26%20%5Cleft(%5Cdfrac%7B1%2B%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5E%7Bn%2B1%7D%20-%20%5Cleft(%5Cdfrac%7B1-%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5E%7Bn%2B1%7D%5Cend%7Bbmatrix%7D.

  • 上面公式我分开两段写了  

吐槽一下:B站能不能赶快支持Markdown语法啊,还有数学公式居然要一个个点插入,为了美观我甚至连Nn都是一个个插入的,最后这个公式写的真的麻烦

这是我在我的博客上面写的,还有$$痕迹hh
/(ㄒoㄒ)/~~,赶快支持md语法啊 直接$N$不好嘛!!

哦对了有错的话@我一下,写这么长的玩意难免出错,早知道用一键生成公式的网站来写了,不过就这样吧,反正都扣完了。

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