Autor Tema: Diagonalización Jordan

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07 Mayo, 2013, 10:46 pm
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xamo

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Buenas,

he de decir que siempre tuve problemas con la diagonalización por Jordan, ya que la verdad, las clases acababan y no pudieron explicarlo demasiado bien a mi parecer. Ahora, un par de años después me he quedado atascada en un ejercicio dándome cuenta de que no sé hacerlo y lo posteo, desesperada, por si me podéis ayudar/indicar.  :(. A ver si después de vuestra ayuda lo entiendo de tal forma que no se me olvida nunca más.



Me dan la matriz siguiente, pidiéndome la forma de Jordan y la matriz de paso:
\( A = \begin{bmatrix}{6}&{-6}&{5}\\{13}&{-12}&{9}\\{6}&{-5}&{3}\end{bmatrix} \)

Lo primero que he hecho es calcular el polinomio característico que, obviando las cuentas aquí, me da como autovalores \( \lambda = -1 \) con multiplicidad tres.

La profesora actual ha dicho:

"Para determinar la matriz de J, consideramos \( N_k = Ker(A - \lambda I_n)^k \) y \( \delta_k = dim(N_k), 1 \leq{k} \leq{n} \) con n la dimensión de la matriz.
Entonces el número de cajas de dimensión \( k \times k \) lo vamos a denotar por \( V_k \)y se define como:
\(  
V_1 = 2\delta_1 - \delta_2 \\
V_2 = 2\delta_2 - \delta_3 - \delta_1 \\
V_3 = 3 \delta_3 - \delta_4 - \delta_2 \\
...\\
V_n = \delta_n - \delta_{n-1}." \)

¿Estas expresiones del final me las tengo que creer, no?  :-[ Es que no recuerdo haberlas visto cuando cursé Álgebra Lineal.

Por todo esto he denotado \( N_1 = Ker(A - (-1) I) = Ker (A + I) \)

\( A + I = \begin{bmatrix}{7}&{-6}&{5}\\{13}&{-11}&{9}\\{6}&{-5}&{4}\end{bmatrix} \)

\(  \delta_1 = dim(KerN_1) = dim(A) - rg(A + I) = 3 - rg(A + I) = 3 - 2 = 1  \)

¿Y ahora cómo sigo? No tengo más nada en apuntes. ¿Tengo qué calcular hasta \( \delta_6 \) o no es necesario? Si no lo es, ¿cuándo sé que debo parar?

Tras calcular la forma de Jordan, preguntaré sobre la matriz de paso, que también tengo dudillas.  :'(

Gracias a todos por ayudar, y saludos.

07 Mayo, 2013, 11:08 pm
Respuesta #1

numbsoul

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Puedes ver que el grado del minimal es \( 3 \).

Tienes \( 0\longrightarrow Ker(A+I)\longrightarrow Ker(A+I)^{2}\longrightarrow \mathbb{R}^{3} \). (y las contenciones son estrictas,en virtud de que el grado del minimal es \( 3 \))

Para hallar la base,tomas un vector \( v\in \mathbb{R}^{3} \) que no esté en \( Ker(A+I)^{2} \) y "lo llevas hacia atrás" aplicándole sucesivamente \( A+I \).

La base será \( \{v,(A+I)v,(A+I)^{2}v\} \)

07 Mayo, 2013, 11:14 pm
Respuesta #2

xamo

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Muchas gracias por contestar.

Puedes ver que el grado del minimal es \( 3 \).


Perdón pero, ¿qué es el grado del minimal? ¿Cómo se calcula?

07 Mayo, 2013, 11:22 pm
Respuesta #3

numbsoul

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Si \( V \) es de dimensión finita,el minimal de un endomorfismo \( T:V\longrightarrow V \) (una matriz,en este caso) es el polinomio mónico de menor grado con coeficientes sobre el cuerpo que anula a \( T \) (divide al característico,en virtud del teorema de Cayley-Hamilton).

Otra propiedad a recordar es que el minimal y el característico tienen las mismas raíces.

En este caso,basta que verifiques que \( (A+I)\neq 0 \) y \( (A+I)^{2}\neq 0 \)

07 Mayo, 2013, 11:42 pm
Respuesta #4

xamo

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¿Entonces \( (A+I)^3 = 0 \) y en adelante?

Una vez que sé que el grado minimal es 3, me monto este esquemita:
Puedes ver que el grado del minimal es \( 3 \).

Tienes \( 0\longrightarrow Ker(A+I)\longrightarrow Ker(A+I)^{2}\longrightarrow \mathbb{R}^{3} \). (y las contenciones son estrictas,en virtud de que el grado del minimal es \( 3 \))

Para hallar la base,tomas un vector \( v\in \mathbb{R}^{3} \) que no esté en \( Ker(A+I)^{2} \) y "lo llevas hacia atrás" aplicándole sucesivamente \( A+I \).
[/tex]
?

¿He de tomar un vector en específico? ¿Cómo le aplico a \( v, A+I \)?

Muchas gracias por todo.

08 Mayo, 2013, 01:18 am
Respuesta #5

feriva

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Hola, xamo. Te cuento cómo la sacaba yo, que usaba un método que me parece muy claro (a todos nos parece que nuestro método es siempre el más claro :D pero no es objetivo).

Ya tienes sacado el autovalor triple que es -1, y tienes que 3-2=1; y esto último implica que “faltan” dos autovectores para completar la dimensión, y la matriz J ha de tener dos “unos” sobre la diagonal (sobre o bajo, según los quieras poner a la hora de construir las cajas).

Así pues la matriz de Jordan (la J, la diagonal) es

\( J=\left(\begin{array}{ccc} -1 & 1 & 0\\ 0 & -1 & 1\\ 0 & 0 & -1\end{array}\right) \)

Con los vectores de la base canónica tendremos

\( \left(\begin{array}{ccc} -1 & 1 & 0\\ 0 & -1 & 1\\ 0 & 0 & -1\end{array}\right)e_{1}=-e_{1} \)

\( \left(\begin{array}{ccc} -1 & 1 & 0\\ 0 & -1 & 1\\ 0 & 0 & -1\end{array}\right)e_{2}=e_{1}-e_{2} \)

\( \left(\begin{array}{ccc} -1 & 1 & 0\\ 0 & -1 & 1\\ 0 & 0 & -1\end{array}\right)e_{3}=e_{2}-e_{3} \)

Ahora, despejando y sacando factor común tenemos

\( e_{1}(J+I)=0 \)

\( e_{2}(J+I)=e_{1} \)

\( e_{3}(J+I)=e_{2} \)

Acto seguido, sustituyendo la forma de \( e_{1} \) de la segunda en la primera, tenemos

\( e_{2}(J+I)(J+I)=e_{2}(J+I)^{2}=0 \)

Y haciendo la mismo con “e sub dos”

\( e_{3}(J+I)^{3}=0 \)

Éstas son las condiciones que deben cumplir también los vectores de la base respecto de la matriz “A” por tratarse de un invariante lineal, es decir:

\( v_{1}(A+id)=0 \)

\( v_{2}(A+id)^{2}=0 \)

\( v_{3}(A+id)^{3}=0 \)

Y ya sólo se trata de resolver eso.

Una base es:

\( \left(\begin{array}{ccc} 1 & 1 & -5\\ 2 & 1 & -6\\ 1 & 0 & 0\end{array}\right) \)

Saludos.

09 Mayo, 2013, 10:50 am
Respuesta #6

xamo

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Muchas gracias, voy a intentarlo así a ver que tal.  :P

Saludos.

09 Mayo, 2013, 12:20 pm
Respuesta #7

Fernando Revilla

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12 Mayo, 2013, 09:16 pm
Respuesta #8

xamo

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Buenas, muchas gracias a todos por ayudar.

El otro día pregunté a la profesora y me dijo que calculara las deltas hasta que coincidiera con la dimensión de la matriz original. Y me ha salido lo siguiente:

Llamo \( N_1 = Ker (A - (-1)I) = Ker(A+ I)  \)

\(  A - (-1) I = \begin{bmatrix}{7}&{-6}&{5}\\{13}&{-11}&{9}\\{6}&{-5}&{4}\end{bmatrix} \)

Luego, \( \delta_1 = dim(N_1) = dimA - ran(A + I) = 3 - 2 = 1 \)

Ahora hago lo mismo con \( N_2 = Ker (A + I)^2 \)

\( (A + I)^2 = \begin{bmatrix}{1}&{-1}&{1}\\{2}&{-2}&{2}\\{1}&{-1}&{1}\end{bmatrix}  \)
que tiene rango 1, por lo tanto \( \delta_2 = 3 - 1 = 2 \)

Y ahora con \( N_3 = Ker(A + I)^3 \)

\(  (A + I)^3 = \begin{bmatrix}{0}&{0}&{0}\\{0}&{0}&{0}\\{0}&{0}&{0}\end{bmatrix} \)

Luego \( \delta_3 = 3 \).

Y usando las fórmulas que dejé en mi primer post me sale:

\( V_1 = 0, V_2 = 0, V_3 = 1 \)

Por lo que tengo únicamente una caja 3x3, así que la matriz J será \( \begin{bmatrix}{-1}&{1}&{0}\\{0}&{-1}&{1}\\{0}&{0}&{-1}\end{bmatrix} \)

Ahora tengo que calcular la matriz de paso.  :'(

Sé que debe ser \( A = PJP^{-1}  \), que es lo mismo que \(  AP = PJ \)
Llamando \(  P = (p_1, p_2, p_3) \) con \( p_i \) filas de la matriz de paso.

Y tengo la siguiente situación:

\(  Ap_1 = -p_1  \)de donde \( (A + I)p_1 = 0 \), es decir,  \( p_1\in Ker(A + I) \)

\(  Ap_2 = p_1 - p_2  \)de donde \( (A + I)p_2 = p1 \), es decir,  \( p_2\in Ker(A + I)^2 \)

\(  Ap_3 = p_2 - p_3 \)de donde \( (A + I)p_3 = p_2 \), es decir,  \( p_3\in Ker(A + I)^3 \)

Ahora debo buscar una base para \( N_1, N_2 y N_3 \) pero no sé como. Espero que me podáis ayudar a partir de aquí con este método que es el que me exigen.

Muchas gracias a todos y saludos.

12 Mayo, 2013, 09:54 pm
Respuesta #9

feriva

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\(  Ap_1 = -p_1  \)de donde \( (A + I)p_1 = 0 \), es decir,  \( p_1\in Ker(A + I) \)

\(  Ap_2 = p_1 - p_2  \)de donde \( (A + I)p_2 = p1 \), es decir,  \( p_2\in Ker(A + I)^2 \)

\(  Ap_3 = p_2 - p_3 \)de donde \( (A + I)p_3 = p_2 \), es decir,  \( p_3\in Ker(A + I)^3 \)

Ahora debo buscar una base para \( N_1, N_2 y N_3 \) pero no sé como. Espero que me podáis ayudar a partir de aquí con este método que es el que me exigen.

Muchas gracias a todos y saludos.

Hola, Xamo.

\( (A+I)\left(\begin{array}{c}
x\\
y\\
z\end{array}\right)=0  \) 

De aquí sale el \(  v_{1} \) de la base; resolviendo el sistema, obteniendo las paramétricas y dando valores arbitrarios a los parámetros.

\( (A+I)^{2}\left(\begin{array}{c}
x\\
y\\
z\end{array}\right)=0 \)

 de aquí sale \( v_{2} \) de la misma manera.

\( (A+I)^{3}\left(\begin{array}{c}
x\\
y\\
z\end{array}\right)=0 \)

y de aquí \( v_{3} \)

Los vectores tienes que colocarlos en la matriz por este orden y ya tienes la base. Luego, para comprobarlo, tendrías que hallar la inversa, pero puedes usar el Wolframalpha.

Saludos.