Autor Tema: Matrices Hessenberg

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17 Diciembre, 2013, 11:25 am
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Petra12

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Hola a todos,

¿Nos podríais ayudar?


(a) Demuestra que una matriz \( A\in{\mathbb{C}^{n\times n}} \) es hermítica (A=A*) si y sólo si es unitariamente diagonalizable y todos sus valores propios son números reales.

Hemos conseguido demostrar la impicación hacia la derecha, es decir, que si A es hermítica entonces es unitariamente diagonalizable y todos sus valores propios son números reales. Nos falta la otra implicación.


(b)Sea \( A\in{\mathbb{C}^{n\times n} \) una matriz en forma Hessenberg superior. Supongamos que es irreducida(todos los elementos en la sub-diagonal distintos de cero). Demustra que es diagonalizable si y sólo si todos sus valores propios son distintos.

(c) Prueba, como consecuencia de (a) y (b), que si A es hermítica y Hessenberg (por tanto tridiagonal) irreducida entonces todos los valores propios de A son distintos.

(d) Por el contrario, sea \( A\in{\mathbb{C}^{n\times n}} \) una matriz Hessenberg superior(no hermítica) irreducida. Da un ejemplo que muestre que los valores propios de A no son necesariamente distintos.

(Indicaciones: Para el apartado (b) prueba que para todo \( \lambda \in{\mathbb{C}} \), \( rang(\lambda I_n -A)\geq{m-1} \) y estudia las multiplicidades algebraica y geométrica).

Gracias de nuevo.

17 Diciembre, 2013, 06:06 pm
Respuesta #1

Luis Fuentes

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Hola

 (a) Pues lo que os falta es lo más sencillo. Si es unitariamente diagonalizable con autovalores reales entonces,

 \( A=PDP^* \) con \( D \) digaonal real y \( P \) unitaria

 Calcula \( A^* \) y comprueba que vuelve a dar \( A \).

 (b) El rango de \( (A-\lambda Id) \) es siemrpre mayor o igual que \( n-1 \), ya que por ser Hessenberg superior con todos los términos de la subdiagonal no nulos, el menor formado por las últimas \( n-1 \) filas y primeras \( n-1 \) columnas es una matriz triangular con términos no nulos en la diagonal.

 Por tanto la multiplicidad geométrica de todos los autvalores es \( 1 \). La única posibilidad para que diagonalice es que todas las algebraicas sean también \( 1 \).

 (c) Usando (a) y (b) es inmediato. ¿Algún problema?.

 (d) Cualquier matriz cuadrada sin términos nulos que tenga un autovalor doble.

Saludos.


17 Diciembre, 2013, 11:45 pm
Respuesta #2

Petra12

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Muchísimas gracias, ahora sólo nos queda el último apartado. Una duda:

¿Si la matriz debe ser Hessenberg superior tendrá algunos elementos nulos verdad?

Gracias

18 Diciembre, 2013, 11:59 am
Respuesta #3

Luis Fuentes

  • el_manco
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Hola

Muchísimas gracias, ahora sólo nos queda el último apartado. Una duda:

¿Si la matriz debe ser Hessenberg superior tendrá algunos elementos nulos verdad?

Gracias

No entiendo del todo la pregunta; la definición de matriz Hessenberg superior es muy concreta: es una matriz cuadrada tal que por debajo de la sub-diagonal todos los elementos son nulos. De manera precisa una matriz \( A\in M_{n\times n} \) tal que:

 \( a_{ij}=0 \) si \( i>j+1 \)

Es además irreducida si todos los elementos de la subdiagonal son no nulos.

Con estas definiciones cualquier matriz \( 2\times 2 \) es una matriz de Hessenberg (no tiene porqué tener ningún elemento nulo). Y si además tal matriz tiene el término \( a_{21} \) no nulo, entonces es además irreducida.

Saludos.

18 Diciembre, 2013, 12:11 pm
Respuesta #4

Petra12

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vale, ahora lo entendemos.

Entonces, ¿Nos valdría esta matriz?

\( \begin{bmatrix}{1}&{0}\\{-1}&{1}\end{bmatrix} \)

Hemos visto que no es hermítica y su autovalor doble es 1.

Gracias

18 Diciembre, 2013, 12:15 pm
Respuesta #5

Luis Fuentes

  • el_manco
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Hola

Entonces, ¿Nos valdría esta matriz?

\( \begin{bmatrix}{1}&{0}\\{-1}&{1}\end{bmatrix} \)

Hemos visto que no es hermítica y su autovalor doble es 1.

Si, valdría.

Saludos.