Diagonaliseerbaarheid van deze matrix

Moderators: dirkwb, Xilvo

Gebruikersavatar
Berichten: 614

Diagonaliseerbaarheid van deze matrix

\(
Y=\begin{pmatrix}

-2 & -6 & -5 & -1 \\

0 & -5 & -3 & -4\\

0 & 8 & 1 &-8\\

0 & 2 & -2 &6

\end{pmatrix}
\)
Waar de coefficienten modulo 17 representeren. Gegeven is het karakteristieke polynoom
\(P_y = x^4+1\)
Ook gegeven:
\(
Y^3=\begin{pmatrix}

-8 & 7 & 4 & 3 \\

0 & -3 & 1 & 5\\

0 & 8 & 7 & -8\\

0 & -2 & 2 & 4

\end{pmatrix}
\)
(i) Formuleer stelling Cayley-Hamilton en laat zien dat
\(Y^8=1\)
==> gelukt met euclidische deling

(ii) Bepaal de inverse van Y

==>
\(Y^{-1}=-Y^3\)
(iii) Is Y diagonaliseerbaar?

Hoe moeten we dit oplossen?

Met eigenwaarden en -vectoren komen we er niet uit, maar ook met
\(D=A^-1*Y*A\)
lukt het niet (D=diagonaalmatrix).

Iemand een idee hoe dit moet?

Gebruikersavatar
Berichten: 614

Re: Diagonaliseerbaarheid van deze matrix

Of kunnen we hier gewoon kijken of de kolomvectoren lineair onafhankelijk zijn?

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Diagonaliseerbaarheid van deze matrix

Jaimy11 schreef: do 05 jul 2012, 11:49
(i) Formuleer stelling Cayley-Hamilton en laat zien dat
\(Y^8=1\)
==> gelukt met euclidische deling
Kun je even uitleggen hoe je dit hebt bewezen? Misschien heb je (1 van de 2) manier(en) in gedachte die ik ook zie, maar ik ben niet zeker...

Voor je "echte" vraag, zie ik zo meteen helaas niets handigs... Er is wel 1 stelling die ik hier zou willen gebruiken, maar dat lukt, denk ik, niet :P . Ik denk er nog wat over.
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Berichten: 614

Re: Diagonaliseerbaarheid van deze matrix

Gewoon een staartdeling met als deler het karakteristieke polynoom, en
\(X^8\)
.

Je vindt dan dacht ik
\(x^4-1\)
rest 1, dus modulo gerekend is
\(Y^8=1\)

Berichten: 316

Re: Diagonaliseerbaarheid van deze matrix

Bekijk per eigenwaarde of de meetkundige multipliciteit gelijk is aan de algebraische multipliciteit. Zo ja, dan is de matrix diagonaliseerbaar.

Edit: Excuses, volgens mij is dit probleem niet zo eenvoudig.

Gebruikersavatar
Berichten: 614

Re: Diagonaliseerbaarheid van deze matrix

Jaimy11 schreef: do 05 jul 2012, 11:49
Met eigenwaarden en -vectoren komen we er niet uit
:P

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Diagonaliseerbaarheid van deze matrix

Jaimy11 schreef: zo 08 jul 2012, 13:22
Gewoon een staartdeling met als deler het karakteristieke polynoom, en
\(X^8\)
.

Je vindt dan dacht ik
\(x^4-1\)
rest 1, dus modulo gerekend is
\(Y^8=1\)
Persoonlijk zou ik dat iets anders aanpakken (al is het nog vrij analoog)... Je ziet meteen dat X8 - 1 deelbaar is door X4 + 1, dus per definitie moet dan Y8 - 1 = 0. Andere methode: je weet, weer per definitie, dat Y4+ 1 = 0, dus Y4 = -1, dus (Y4)² = (-1)² = 1.

Op je originele vraag helaas nog steeds geen antwoord...
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Berichten: 3.751

Re: Diagonaliseerbaarheid van deze matrix

Uit het feit dat
\(Y^4+1=(Y-z_0)(Y-z_1)(Y-z_2)(Y-z_3)=0\)
, met
\(z_i\)
één van de 4-de machtswortels van -1, volgt onmiddellijk dat Y diagonaliseerbaar is. De minimaalpolynoom bevat immers enkel lineaire factoren.

Ik moet toegeven dat ikzelf enkel 'experimenteel' tot die 4-de machtswortels kom, maar er zijn er inderdaad 4 verschillende.

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Diagonaliseerbaarheid van deze matrix

Experimenteel is niet nodig volgens mij: x4+1 = (x²+1)² - 2x². Nu kun ontbinden in een product van 2 tweedegraadsveeltermen en daarvan de wortels zoeken.
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Berichten: 3.751

Re: Diagonaliseerbaarheid van deze matrix

Ik ben niet helemaal mee. Uiteraard zijn er geen oplossingen over R, we zoeken deze over Z/17 (over C zijn er ook oplossingen, die zoek je dus NIET, en deze zijn veel makkelijker te vinden dan met de methode die je suggereert, gewoon via de polaire voorstelling).

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Diagonaliseerbaarheid van deze matrix

Ik weet dat we over Z_17 oplossingen zoeken, maar dat gaat toch ook op mijn manier (die uiteraard ook over C werkt, maar daar inderdaad wat moeilijk is)? Om nu te splitsen in twee tweedegraadsveeltermen over Z_17, zoek je de wortel van 2 in Z_17. Deze is 6, zoals je vrij eenvoudig kunt inzien (want 6² = 36 = 2 (mod 17)). En dan ben je weer vertrokken, toch?
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Berichten: 3.751

Re: Diagonaliseerbaarheid van deze matrix

OK, dat werkt natuurlijk wel. Maar dan gaat het dus om tweemaal een modulo-wortel zoeken. Dat kan je dan ook meteen van -1 doen, precies wat ik als 'experimenteel' beschreef:
\(4^2=16=-1\)
,
\((-4)^2=-1=13^2\)
,
\(2^2=4\)
,
\((-2)^2=4=(15)^2\)
,
\(9^2=81=13\)
,
\((-9)^2=13=8^2\)
.

In feite vind ik dat minder experimenteel dan wat je suggereert. Maar dat zal smaak zijn.

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Diagonaliseerbaarheid van deze matrix

Okee, dat gaat inderdaad nog vlotter :) . Ik had onder "experimenteel" eerder verstaan "met de computer" en dat vond ik hier niet echt nodig. Maar dan zitten we op dezelfde golflengte.
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Berichten: 614

Re: Diagonaliseerbaarheid van deze matrix

Kan iemand de post van eendavid nog wat meer toelichten waarom die kwadraten worden genomen?

En heeft iemand een idee waarom Y^3 dan gegeven is?

Ik dacht namelijk, Y^3 gegeven en Y^-1=-Y^3 dat je dan toch wellicht de formule uit bovenstaande post kon gebruiken?

Gebruikersavatar
Berichten: 3.751

Re: Diagonaliseerbaarheid van deze matrix

Je zoekt de 4-de machtswortels van -1. Een manier om de 4-de machtswortels te vinden is door 2 keer de 2-de machtswortels te nemen. Dus in de eerste vergelijkingslijn van post #12 vinden we de 2de-machtswortels van -1, en in de tweede vergelijkingslijn vinden we de 2de-machtswortels daarvan. Je vindt dus een factorisatie van
\(x^4+1\)
, die je leert dat alle eigenwaarden verschillen. Daaruit volgt onmiddellijk diagonaliseerbaarheid.

Ze hebben je allicht Y^3 gegeven zodat je de inverse expliciet kan checken. Uiteraard kan men je gerust redundante informatie geven waarvan je dan zelf beslist of je deze echt nodig hebt.

Reageer