冪法求矩陣特徵值

冪法主要用於計算矩陣的按模為最大的特徵值和相應的特徵向量。

定義

冪法主要用於計算矩陣的按模為最大的特徵值和相應的特徵向量 。

基本思想

冪法求矩陣特徵值 冪法求矩陣特徵值

若我們求某個n階方陣 A的特徵值和特徵向量,先任取一個初始n維向量 ,構造如下序列:

冪法求矩陣特徵值 冪法求矩陣特徵值

(1)

當k增大時,序列的收斂情況與絕對值最大的特徵值有密切關係,分析這一序列的極限,即可求出按模最大的特徵值和特徵向量。

假定矩陣 A有n個線性無關的特徵向量。n個特徵值按模由大到小排列:

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│r│ │r│ ... │r│ (2)

其相應的特徵向量為:

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(3)

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它們構成n維空間的一組基。任取的初始向量 由它們的線性組合給出

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(4)

由(1)中的序列可以遞歸得到

冪法求矩陣特徵值 冪法求矩陣特徵值

(5)

將(4)代入(5)有

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(6)

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將 代入(6)中有

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(7)

下面按模最大特徵值r是單根的情況討論:

由此公式(7)可寫成

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(8)

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若a≠0,由於 / ,( ),故k充分大時,

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其中ε為一可以忽略的小量,這說明 與特徵向量V相差一個常數因子,即使,由於計算過程的捨入誤差,必將引入在方向上的微小分量,這一分量隨著疊代過程的進展而逐漸成為主導,其收斂情況最終也將與相同。

特徵值按下屬方法求得:

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(9)

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其中 , 分別為 , 的第j個分量。

計算方法

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實際計算時,為了避免計算過程中出現絕對值過大或過小的數參加運算,通常在每步疊代時,將向量“歸一化”即用的按模最大的分量 , 去除 的各個分量,得到歸一化的向量 ,並令

由此得到下列疊代公式 :

冪法求矩陣特徵值 冪法求矩陣特徵值
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當k充分大時,或當║║ <ε 時,

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,j=1,2,...,n

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