Autor Tema: Matrices estocásticas

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24 Febrero, 2017, 02:19 pm
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conchivgr

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Hola.

Las matrices estocásticas son matrices cuadradas no negativas tales que la suma de los elementos de cada fila es 1.

El espectro de una matriz cuadrada es el conjunto de los autovalores de la matriz.

Tengo que demostrar que el conjunto de las matrices cuyo espectro tiene como valor máximo 1 (radio espectral 1) son las matrices estocásticas.

Hacia un lado, ya lo he demostrado, es decir, dada una matriz estocástica, su radio espectral es 1.

Tengo que demostrar ahora hacia el otro lado, es decir, dada una matriz con radio espectral 1, demostrar que es estocástica.

Sea \( A \) una matriz con radio espectral 1, es decir, tiene a 1 como autovalor.

Sea también el vector \( u > 0 \), por el Teorema de Perron-Frobenius, el único autovector asociado al autovalor 1, positivo y de norma 1.

Sea la matriz diagonal \( D \) cuya diagonal son las entradas del vector \( u \) en el mismo orden.

Me dicen que demuestre que la matriz \( B = D^{-1}AD \) es una matriz con el mismo espectro que \( A \) y que es estocástica, es decir, que la suma de las entradas de cada fila es 1.

Besos.

Las fórmulas matemáticas deben ponerse siempre en \( \LaTeX \), corregido por moderador

24 Febrero, 2017, 06:25 pm
Respuesta #1

Luis Fuentes

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Hola

Las matrices estocásticas son matrices cuadradas no negativas tales que la suma de los elementos de cada fila es 1.

El espectro de una matriz cuadrada es el conjunto de los autovalores de la matriz.

Tengo que demostrar que el conjunto de las matrices cuyo espectro tiene como valor máximo 1 (radio espectral 1) son las matrices estocásticas.

Hacia un lado, ya lo he demostrado, es decir, dada una matriz estocástica, su radio espectral es 1.

Tengo que demostrar ahora hacia el otro lado, es decir, dada una matriz con radio espectral 1, demostrar que es estocástica.

Sea \( A \) una matriz con radio espectral 1, es decir, tiene a 1 como autovalor.

Sea también el vector \( u > 0 \), por el Teorema de Perron-Frobenius, el único autovector asociado al autovalor 1, positivo y de norma 1.

Sea la matriz diagonal \( D \) cuya diagonal son las entradas del vector \( u \) en el mismo orden.

Me dicen que demuestre que la matriz \( B = D^{-1}AD \) es una matriz con el mismo espectro que \( A \) y que es estocástica, es decir, que la suma de las entradas de cada fila es 1.

Que \( B \) y \( A \) tienen el mismo espectro, es decir, los mismos autovalores es un resultado general. Dada una matriz inverible \( P \), las matrices \( A \) y \( P^{-1}AP \) tienen los mismos autovalores.

Spoiler
Lo puedes probar viendo que tienen el mismo polinomio característicio o directamente si \( u \) es autovector de \( A \) asociado a \( \lambda \) entonces \( P^{-1}u \) es autovector de \( P^{-1}AP \) asociado al mismo autovalor.
[cerrar]

Para ver sus filas suman uno tienes que comprobar que multiplicada por un vector \( v \) columna cuyas componentes son todas uno, da el vector uno. Esto equivale a ver que \( v \) es autovector de \( B \) asociado al autovalor \( 1 \). Pero \( v=D^{-1}u \). Concluye...

Saludos.

28 Febrero, 2017, 04:07 pm
Respuesta #2

conchivgr

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Muchísimas gracias.
Conseguido y entendido.
Besos.

30 Agosto, 2021, 09:36 pm
Respuesta #3

Luis Fuentes

  • el_manco
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Hola

Hola! tengo el mismo ejercicio y sigo sin poder resolver la parte en la que hay que demostrar que la matriz es estocástica.
Agradezco mucho que me puedan dar una mano!

Pero dado que hay indicaciones precisa qué es la primera cosa concreta que no has entendido o que no has sido capaz de hacer.

Saludos.

30 Agosto, 2021, 10:47 pm
Respuesta #4

Luis Fuentes

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Hola

 Recuerda leer y seguir  las reglas del mismo así como el tutorial del LaTeX para escribir las fórmulas matemáticas correctamente.

 Por esta vez te hemos corregido el mensaje desde la administración.

Hola, gracias por responder.
No me queda claro por que "si \( u \) es autovector de \( A \) asociado a \( \lambda \) entonces \( P^{−1}u \) es autovector de \( P^{-1}AP \) asociado al mismo autovalor."

 - Que \( u \) es autovector de \( A \) asociado a \( \lambda \) significa por definición que \( Au=\lambda u \).
 - Pero entonces:

\(  (P^{-1}AP)(P^{-1}\color{red}u\color{black})=P^{-1}A(PP^{-1})u=P^{-1}AIdu=P^{-1}Au=P^{-1}\lambda u=\lambda (P^{-1}u) \)

 y por tanto por definición \( P^{−1}u \) es autovector de \( P^{-1}AP \) asociado a \( \lambda \).

Saludos.

CORREGIDO (gracias martiniano)

30 Agosto, 2021, 10:58 pm
Respuesta #5

martiniano

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Hola.

Tienes una errata pequeñaja. Te la marco en rojo.

\(  (P^{-1}AP)(P^{-1}\color{red} A\color{black} )=P^{-1}A(PP^{-1})u=...  \)

Un saludo.