matheraum.de
Raum für Mathematik
Offene Informations- und Nachhilfegemeinschaft

Für Schüler, Studenten, Lehrer, Mathematik-Interessierte.
Hallo Gast!einloggen | registrieren ]
Startseite · Forum · Wissen · Kurse · Mitglieder · Team · Impressum
Forenbaum
^ Forenbaum
Status Mathe
  Status Schulmathe
    Status Primarstufe
    Status Mathe Klassen 5-7
    Status Mathe Klassen 8-10
    Status Oberstufenmathe
    Status Mathe-Wettbewerbe
    Status Sonstiges
  Status Hochschulmathe
    Status Uni-Analysis
    Status Uni-Lin. Algebra
    Status Algebra+Zahlentheo.
    Status Diskrete Mathematik
    Status Fachdidaktik
    Status Finanz+Versicherung
    Status Logik+Mengenlehre
    Status Numerik
    Status Uni-Stochastik
    Status Topologie+Geometrie
    Status Uni-Sonstiges
  Status Mathe-Vorkurse
    Status Organisatorisches
    Status Schule
    Status Universität
  Status Mathe-Software
    Status Derive
    Status DynaGeo
    Status FunkyPlot
    Status GeoGebra
    Status LaTeX
    Status Maple
    Status MathCad
    Status Mathematica
    Status Matlab
    Status Maxima
    Status MuPad
    Status Taschenrechner

Gezeigt werden alle Foren bis zur Tiefe 2

Navigation
 Startseite...
 Neuerdings beta neu
 Forum...
 vorwissen...
 vorkurse...
 Werkzeuge...
 Nachhilfevermittlung beta...
 Online-Spiele beta
 Suchen
 Verein...
 Impressum
Das Projekt
Server und Internetanbindung werden durch Spenden finanziert.
Organisiert wird das Projekt von unserem Koordinatorenteam.
Hunderte Mitglieder helfen ehrenamtlich in unseren moderierten Foren.
Anbieter der Seite ist der gemeinnützige Verein "Vorhilfe.de e.V.".
Partnerseiten
Dt. Schulen im Ausland: Mathe-Seiten:Weitere Fächer:

Open Source FunktionenplotterFunkyPlot: Kostenloser und quelloffener Funktionenplotter für Linux und andere Betriebssysteme
StartseiteMatheForenUni-Lineare Algebraexp(matrix)
Foren für weitere Schulfächer findest Du auf www.vorhilfe.de z.B. Philosophie • Religion • Kunst • Musik • Sport • Pädagogik
Forum "Uni-Lineare Algebra" - exp(matrix)
exp(matrix) < Lineare Algebra < Hochschule < Mathe < Vorhilfe
Ansicht: [ geschachtelt ] | ^ Forum "Uni-Lineare Algebra"  | ^^ Alle Foren  | ^ Forenbaum  | Materialien

exp(matrix): Frage (beantwortet)
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 19:21 So 18.07.2004
Autor: user_theo

hi,

ich habe folgendes problem:

[mm] exp\begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} [/mm]

so weit ich des verstanden hab muss ich [mm] \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} [/mm] + [mm] \summe_{k=1}^{unendlich} \bruch{\begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix}^k}{k!} [/mm] machen.
Kommt da dann [mm] \begin{pmatrix} 1 & e \\ 0 & 1 \end{pmatrix} [/mm] raus ?

gruss theo

Ich habe diese Frage in keinem weiteren Forum gestellt.

        
Bezug
exp(matrix): Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 19:50 So 18.07.2004
Autor: Marc

Hallo Theo,

[willkommenmr]

> [mm]exp\begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} [/mm]
>  
> so weit ich des verstanden hab muss ich [mm]\begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}[/mm] +
> [mm]\summe_{k=1}^{unendlich} \bruch{\begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix}^k}{k!}[/mm]
> machen.

Ja, du mußt in die Definition der Exponentialreihe [mm] \exp(X)=\summe_{k=0}^{\infty} \bruch{X^k}{k!} [/mm] formal diese Matrix einsetzen.
Also:

[mm] $\exp\left(\pmat{0 & 1 \\0 & 0}\right)=\pmat{0 & 1 \\0 & 0}^0*\bruch{1}{0!}+\pmat{0 & 1 \\0 & 0}^1*\bruch{1}{1!}+\pmat{0 & 1 \\0 & 0}^2*\bruch{1}{2!}+\ldots$ [/mm]

Dabei ist [mm] $\pmat{0 & 1 \\0 & 0}^0:=\pmat{1 & 0 \\0 & 1}$ [/mm] und [mm] $\pmat{0 & 1 \\0 & 0}^1=\pmat{0 & 1 \\0 & 0}$ [/mm]

Jetzt rechne doch mal aus, was [mm] $\pmat{0 & 1 \\0 & 0}^2$ [/mm] ist, und was dann wohl [mm] $\pmat{0 & 1 \\0 & 0}^3$, $\pmat{0 & 1 \\0 & 0}^4$, $\ldots$ [/mm] ist; dann siehst du,...

>  Kommt da dann [mm]\begin{pmatrix} 1 & e \\ 0 & 1 \end{pmatrix}[/mm] raus ?

... dass dieses Ergebnis nicht richtig ist ;-)

Probier's doch noch mal und melde dich mit Fragen oder dem Ergebnis zur Kontrolle.

Viele Grüße,
Marc

Bezug
                
Bezug
exp(matrix): Frage (beantwortet)
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 16:11 Mo 19.07.2004
Autor: user_theo

hi

jetzt bekomm ich [mm] \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} [/mm]  raus.

Wenn des stimmt, müsste des auch stimmen :
exp [mm] \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix} [/mm]  = [mm] \begin{pmatrix} 2+e & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix} [/mm]

Gruss Theo

Bezug
                        
Bezug
exp(matrix): Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 16:55 Mo 19.07.2004
Autor: Marc

Hallo Theo!

> jetzt bekomm ich [mm]\begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}[/mm]  raus.

[ok]
  

> Wenn des stimmt, müsste des auch stimmen :
>  exp [mm]\begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}[/mm]  
> = [mm]\begin{pmatrix} 2+e & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix} [/mm]

Bis auf den linken oberen Eintrag ist das auch richtig. Ich würde da über die 2 nochmal nachdenken...

Viele Grüße,
Marc

Bezug
                                
Bezug
exp(matrix): Frage (beantwortet)
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 16:01 Di 20.07.2004
Autor: user_theo

hi

also wirds wohl [mm] \begin{pmatrix} e & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix} [/mm] sein, weil links oben immer eine 1 steht wenn man ein paar glieder ausrechnet!

wenn ich jetzt aber so was hab : exp [mm] \begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 2 & 1 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix} [/mm] , dann bekomm ich : [mm] \begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 2 & 1 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix}^0 [/mm] = einheitsmatrix ; [mm] \begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 2 & 1 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix}^1 [/mm] = [mm] \begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 2 & 1 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix} [/mm] ; [mm] \begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 2 & 1 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix}^2 [/mm] = [mm] \begin{pmatrix} 4 & 4 & 1 \\ 0 & 4 & 4 \\ 0 & 0 & 4 \end{pmatrix} [/mm] und [mm] \begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 2 & 1 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix}^3 [/mm] = [mm] \begin{pmatrix} 16 & 32 & 24 \\ 0 & 16 & 32 \\ 0 & 0 & 16 \end{pmatrix}. [/mm]

Was soll ich den damit anfangen ? ich find da kein schema drin ! und wenn ich eins hab dann kommt noch des 1/n! dazu .... und was mach ich dann ?

Gruss Theo

Bezug
                                        
Bezug
exp(matrix): Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 19:16 Di 20.07.2004
Autor: Stefan

Lieber Theo!

> also wirds wohl [mm]\begin{pmatrix} e & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}[/mm]
> sein, weil links oben immer eine 1 steht wenn man ein paar
> glieder ausrechnet!

[ok]
  

> wenn ich jetzt aber so was hab : exp [mm]\begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 2 & 1 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix}[/mm]
> , dann bekomm ich : [mm]\begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 2 & 1 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix}^0[/mm]
> = einheitsmatrix ; [mm]\begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 2 & 1 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix}^1[/mm]
> = [mm]\begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 2 & 1 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix}[/mm]
> ; [mm]\begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 2 & 1 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix}^2[/mm]
> = [mm]\begin{pmatrix} 4 & 4 & 1 \\ 0 & 4 & 4 \\ 0 & 0 & 4 \end{pmatrix}[/mm]
> und [mm]\begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 2 & 1 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix}^3[/mm]
> = [mm]\begin{pmatrix} 16 & 32 & 24 \\ 0 & 16 & 32 \\ 0 & 0 & 16 \end{pmatrix}. [/mm]
>  
>
> Was soll ich den damit anfangen ? ich find da kein schema
> drin ! und wenn ich eins hab dann kommt noch des 1/n! dazu
> .... und was mach ich dann ?

Spalte die Matrix mal auf:

[mm] $\begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 2 & 1 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix} [/mm] = [mm] \begin{pmatrix} 2 & 0 & 0 \\ 0 & 2 & 0 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix} [/mm] + [mm] \begin{pmatrix} 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}$ [/mm]

und nutze die Identität

[mm] $\exp(A [/mm] + B) = [mm] \exp(A) \cdot \exp(B)$ [/mm]

aus, die dann gilt, wenn $A$ und $B$ kommutieren, wenn also $AB=BA$ gilt.

Fragen an dich:

1) Warum kommutieren hier die beiden Matrizen?

2) Wie sieht [mm] $\exp(Diagonalmatrix)$ [/mm] aus? (Das Ergebnis kann man direkt hinschreiben.)

3) Zeige, dass die zweite Matrix nilpotent ist und berechne ihr Exponential.

Melde dich mal mit Antworten auf die drei Fragen und einem Lösungsvorschlag. :-) (Oder sage, was unklar ist, dann helfen wir dir.)

Liebe Grüße
Stefan

Bezug
                                                
Bezug
exp(matrix): Frage (beantwortet)
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 20:45 Di 20.07.2004
Autor: user_theo

hi

zu 1.: ich hab ja : 2  * [mm] \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix} [/mm] * [mm] \begin{pmatrix} 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix} [/mm] =  [mm] \begin{pmatrix} 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix} [/mm]  * 2 * [mm] \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix} [/mm]

da A/2 = einheitsmatrix => A*B = B*A =2 * B

zu 2.: exp [mm] \begin{pmatrix} 2 & 0 & 0 \\ 0 & 2 & 0 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix} [/mm] = [mm] \begin{pmatrix} e^2 & 0 & 0 \\ 0 & e^2 & 0 \\ 0 & 0 & e^2 \end{pmatrix} [/mm]

zu 3.: den [mm] exp\begin{pmatrix} 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix} [/mm]  hab ich in einer anderen aufgabe berechnet und da kamm ich auf [mm] \begin{pmatrix} 1 & 1 & 1/2 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix} [/mm]


jetzt muss ich ja nur noch : [mm] \begin{pmatrix} e^2 & 0 & 0 \\ 0 & e^2 & 0 \\ 0 & 0 & e^2 \end{pmatrix} [/mm]  * [mm] \begin{pmatrix} 1 & 1 & 1/2 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix} [/mm] = [mm] \begin{pmatrix} e^2 & e^2 & (e/2)^2 \\ 0 & e^2 & e^2 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix} [/mm]

so weit richitg ?

Gruss Theo

Bezug
                                                        
Bezug
exp(matrix): Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 21:40 Di 20.07.2004
Autor: Stefan

Lieber Theo!

> zu 1.: ich hab ja : 2  * [mm]\begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}[/mm]
> * [mm]\begin{pmatrix} 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}[/mm]
> =  [mm]\begin{pmatrix} 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}[/mm]
>  * 2 * [mm]\begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}[/mm]
>
> da A/2 = einheitsmatrix => A*B = B*A =2 * B

Ja, okay. [ok]
  

> zu 2.: exp [mm]\begin{pmatrix} 2 & 0 & 0 \\ 0 & 2 & 0 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix}[/mm]
> = [mm]\begin{pmatrix} e^2 & 0 & 0 \\ 0 & e^2 & 0 \\ 0 & 0 & e^2 \end{pmatrix}[/mm]

[ok]

> zu 3.: den [mm]exp\begin{pmatrix} 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}[/mm]
>  hab ich in einer anderen aufgabe berechnet und da kamm ich
> auf [mm]\begin{pmatrix} 1 & 1 & 1/2 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}[/mm]

Hier stimmt was nicht. Wie sieht der Eintrag an der Stelle $(3,3)$ aus? ;-)

> jetzt muss ich ja nur noch : [mm]\begin{pmatrix} e^2 & 0 & 0 \\ 0 & e^2 & 0 \\ 0 & 0 & e^2 \end{pmatrix}[/mm]
>  * [mm]\begin{pmatrix} 1 & 1 & 1/2 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}[/mm]
> = [mm]\begin{pmatrix} e^2 & e^2 & (e/2)^2 \\ 0 & e^2 & e^2 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix} [/mm]

  
Das Prinzip stimmt, ja. :-) Jetzt nur noch mal neu  rechnen... ;-)

Liebe Grüße
Stefan


Bezug
                                                                
Bezug
exp(matrix): Mitteilung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 21:53 Di 20.07.2004
Autor: user_theo

hi,

kleiner Leichtsinsfehler von mir ;-)
Natürlich kommt da ne 1 hin ! Den Rest schaff ich auch allein !
Vielen dank für eure Hilfe und dafür dass Ihr mir immer so schnell geantwortet habt.

Gruss Theo

Bezug
                                                                        
Bezug
exp(matrix): Mitteilung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 02:59 Mi 21.07.2004
Autor: Marc

Hallo Theo,

> kleiner Leichtsinsfehler von mir ;-)
>  Natürlich kommt da ne 1 hin ! Den Rest schaff ich auch
> allein !

Schön, bei Problemen melde dich einfach wieder.

>  Vielen dank für eure Hilfe und dafür dass Ihr mir immer so
> schnell geantwortet habt.

Gern geschehen ;-)

Viele Grüße,
Marc

Bezug
Ansicht: [ geschachtelt ] | ^ Forum "Uni-Lineare Algebra"  | ^^ Alle Foren  | ^ Forenbaum  | Materialien


^ Seitenanfang ^
www.matheraum.de
[ Startseite | Forum | Wissen | Kurse | Mitglieder | Team | Impressum ]