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3Blue1Brown特征向量課后題:斐波那契用矩陣求解問(wèn)題

2023-07-25 18:51 作者:砕月-歲月  | 我要投稿

剛剛知道B站可以寫(xiě)數(shù)學(xué)公式趕緊來(lái)把博客的文搬過(guò)來(lái)。

3Blue1Brown特征向量課后題
  • 我們知道對(duì)于矩陣 A%5En,它可以通過(guò)特征向量的線(xiàn)性組合來(lái)進(jìn)行相似對(duì)角化,先D%20%3D%20P%5E%7B-1%7DAP??后 A%5E%7Bn%7D%20%3D%20PD%5EnP%5E%7B-1%7D,其中 D%20是一個(gè)由特征值組成的對(duì)角矩陣,P%20%3D%20%5Bv_1%2C%20v_2%5D%20是一個(gè)包含線(xiàn)性無(wú)關(guān)的特征向量的矩陣。

  • 對(duì)于矩陣 A%20%3D%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D0%20%26%201%20%5C%5C%201%20%26%201%5Cend%7Bbmatrix%7D,我們已經(jīng)求出了兩個(gè)線(xiàn)性無(wú)關(guān)的特征向量:v_1%20%3D%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D2%20%5C%5C%201%20%2B%20%5Csqrt%7B5%7D%5Cend%7Bbmatrix%7D%2C%20%5Cquad%0Av_2%20%3D%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D2%20%5C%5C%201%20-%20%5Csqrt%7B5%7D%5Cend%7Bbmatrix%7D.

  • 把這兩個(gè)向量按列排成矩陣P

    P%20%3D%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D2%20%26%202%20%5C%5C%201%20%2B%20%5Csqrt%7B5%7D%20%26%201%20-%20%5Csqrt%7B5%7D%5Cend%7Bbmatrix%7D.

  • 矩陣 P%5E%7B-1%7D?可以通過(guò)求 P?的逆矩陣得到:

    P%5E%7B-1%7D%20%3D%20-%5Cfrac%7B1%7D%7B4%5Csqrt%7B5%7D%7D%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D1%20-%20%5Csqrt%7B5%7D%20%26%20-2%20%5C%5C%20-1%20-%20%5Csqrt%7B5%7D%20%26%202%20%5Cend%7Bbmatrix%7D.

  • 我們有 D%20%3D%20PAP%5E%7B-1%7D,其中

    D%20%3D%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%5Clambda_1%20%26%200%20%5C%5C%200%20%26%20%5Clambda_2%5Cend%7Bbmatrix%7D%20%3D%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%5Cfrac%7B1%20%2B%20%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%20%26%200%20%5C%5C%200%20%26%20%5Cfrac%7B1%20-%20%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cend%7Bbmatrix%7D

    是特征值組成的對(duì)角矩陣。

  • 我們可以把 A%5En表示為 PD%5EnP%5E%7B-1%7D。由于 D?是對(duì)角矩陣,我們可以直接將 D?的每個(gè)元素取 n?次冪:

D%5En%20%3D%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%5Cleft(%5Cfrac%7B1%20%2B%20%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20%26%200%20%5C%5C%200%20%26%20%5Cleft(%5Cfrac%7B1%20-%20%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%5Cend%7Bbmatrix%7D.

  • 然后再將 D%5En?代入 PD%5EnP%5E%7B-1%7D,得到:

A%5En%20%3D%20P%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%5Cleft(%5Cfrac%7B1%20%2B%20%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20%26%200%20%5C%5C%200%20%26%20%5Cleft(%5Cfrac%7B1%20-%20%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%5Cend%7Bbmatrix%7DP%5E%7B-1%7D%20%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B4%5Csqrt%7B5%7D%7D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D2(%5Csqrt%7B5%7D-1)%5Cleft(%5Cdfrac%7B1%2B%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20%2B%202(1%2B%5Csqrt%7B5%7D)%5Cleft(%5Cdfrac%7B1-%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20%26%204%5Cleft(%5Cdfrac%7B1%2B%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20-%204%5Cleft(%5Cdfrac%7B1-%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20%5C%5C%204%5Cleft(%5Cdfrac%7B1%2B%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20-%204%5Cleft(%5Cdfrac%7B1-%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20%26%202(1%2B%5Csqrt%7B5%7D)%5Cleft(%5Cdfrac%7B1%2B%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20-%202(1-%5Csqrt%7B5%7D)%5Cleft(%5Cdfrac%7B1-%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%5Cend%7Bbmatrix%7D.

  • 下面寫(xiě)個(gè)大一點(diǎn)的完整的A%5En表達(dá)式(簡(jiǎn)化后):

A%5En%20%3D%20P%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%5Cleft(%5Cfrac%7B1%20%2B%20%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20%26%200%20%5C%5C%200%20%26%20%5Cleft(%5Cfrac%7B1%20-%20%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%5Cend%7Bbmatrix%7DP%5E%7B-1%7D

%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B%5Csqrt%7B5%7D%7D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%5Cleft(%5Cdfrac%7B1%2B%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5E%7Bn-1%7D%20-%20%5Cleft(%5Cdfrac%7B1-%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5E%7Bn-1%7D%20%26%20%5Cleft(%5Cdfrac%7B1%2B%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20-%20%5Cleft(%5Cdfrac%7B1-%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20%5C%5C%20%5Cleft(%5Cdfrac%7B1%2B%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20-%20%5Cleft(%5Cdfrac%7B1-%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5En%20%26%20%5Cleft(%5Cdfrac%7B1%2B%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5E%7Bn%2B1%7D%20-%20%5Cleft(%5Cdfrac%7B1-%5Csqrt%7B5%7D%7D%7B2%7D%5Cright)%5E%7Bn%2B1%7D%5Cend%7Bbmatrix%7D.

  • 上面公式我分開(kāi)兩段寫(xiě)了??

吐槽一下:B站能不能趕快支持Markdown語(yǔ)法啊,還有數(shù)學(xué)公式居然要一個(gè)個(gè)點(diǎn)插入,為了美觀(guān)我甚至連Nn都是一個(gè)個(gè)插入的,最后這個(gè)公式寫(xiě)的真的麻煩

這是我在我的博客上面寫(xiě)的,還有$$痕跡hh
/(ㄒoㄒ)/~~,趕快支持md語(yǔ)法啊?直接$N$不好嘛??!

哦對(duì)了有錯(cuò)的話(huà)@我一下,寫(xiě)這么長(zhǎng)的玩意難免出錯(cuò),早知道用一鍵生成公式的網(wǎng)站來(lái)寫(xiě)了,不過(guò)就這樣吧,反正都扣完了。

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