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如何用R軟件或excel來求矩陣的特征值和特征向量丫,跪求大神~

用Excel求解矩陣特征值與特征向量,可以按以下方法辦理:

1、求矩陣的特征值和特征向量是壹個既基礎又重要的數值計算問題。通常我們可以用編寫高級語言程序的方法加以解決,也可以使用專門的數學軟件(如MATLAB等)來實現。本文給出的用Excel實現求矩陣的特征值和特征向量的方法,既不需要設計程序,也不需要專門的數學軟件,只須在Excel中進行簡單操作,就可以快速、直觀地得到實矩陣的特征值和特征向量,且計算結果具有較高的精度。

2、在Excel中利用數組公式和數組常量建立並命名矩陣:

在Excel中,可以在壹個單元格區域內通過逐個輸入矩陣的各個元素來建立矩陣,還可以使用數組公式和數組常量更加方便地建立矩陣[1]。例如,可以通過下列操作建立矩陣:

(1) 在Excel的工作表Sheet1中,選擇單元格區域A1:D4;

(2) 輸入公式:={2,-1,0,0;-1,2,-1,0;0,-1,2,-1;0,0,-1,2}(順便指出:在Excel的數組公式中,將矩陣元素用大括號{}括起來稱為數組常量,其中不同列的元素用逗號隔開,不同行的元素用分號隔開;

(3) 按Ctrl+Shift+Enter鍵,結束數組公式的輸入,形成矩陣。

建立了矩陣之後,在Excel的數組公式中,就可以用矩陣所在的單元格區域A1:D4表示該矩陣;但若將該矩陣命名為A顯然更便於使用,也便於理解公式的含義,方法如下:

選擇該矩陣所在的單元格區域A1:D4;單擊編輯欄左端的“名稱”框,輸入A,按回車鍵確認。此後,在當前工作薄的所有工作表中,就可以使用名稱A在數組公式中代表該矩陣。尤其需要指出的是:通過對矩陣命名,不僅能方便地實現跨工作表引用單元格區域,而且更重要的是:在復制公式時,Excel將名稱(如A)按常量對待,所以更便於矩陣的運算和使用。類似地,我們還可以在單元格區域F1:I4中通過輸入數組公式:{={1,0,0,0; 0,1,0,0; 0,0,1,0; 0,0,0,1}}建立4階單位矩陣,並命名為I。

3、利用Excel求矩陣的特征值:

由於矩陣A的特征值λ就是特征方程det(A-λI)的根,因此可以利用Excel工具菜單中的“單變量求解”命令求矩陣的特征值。

例如,上述矩陣A在0.4附近的特征值的求解方法如下:

(1) 在A6單元格中輸入值0.4;

(2) 在B6單元格中輸入公式:=MDETERM(A-A6*I)=0,其中MDETERM為Excel提供的求矩陣行列式的函數;

(3) 按Ctrl+Shift+Enter鍵,形成數組公式:{=MDETERM(A-A6*I)},於是B6單元格中的值0.1264即為特征多項式在 的值;

(4) 單擊“工具”菜單中的“單變量求解”命令,打開“單變量求解”對話框;

(5) 在“目標單元格(E)”中輸入或選擇B6,在“目標值(V)”中輸入0,在“可變單元格(C)”中輸入或選擇A6;

(6) 單擊“確定”按鈕。

此時,A6單元格中的值0.381966011就是矩陣A在0.4附近特征值的近似值(順便指出:在Excel“選項”對話框的“重新計算”選項卡中,通過設置“叠代計算”欄還可控制計算精度)。

4、求特征值對應的特征向量:

所謂逆冪法,就是取A的特征值λi的壹個近似值λ,並取非零初始向量X0,按叠代公式: (其中符號‖·‖∞代表向量的按模最大分量,即) 進行叠代,當相鄰兩次叠代,Xk-1,Xk近似成比例時,則Xk即為矩陣A對應於特征值λi的近似特征向量。

例如,為求上例矩陣A的特征值λ=0.381966011對應的特征向量,我們取近似特征值為0.38,並取初始向量為(1,1,1,1),使用逆冪法進行叠代可以在Excel中進行如下操作:

(1) 在工作表Sheet2中,先在單元格區域A1:A4中輸入1,1,1,1形成初始向量X0;

(2) 選擇單元格區域B1:B4,輸入公式:=MMULT(MINVERSE(A-0.38*I), A1:A4),按Ctrl+Shift+Enter鍵,形成數組公式計算出Y1 (註:其中MINVERSE, MMULT分別為Excel提供的計算逆矩陣和計算兩個矩陣乘積的函數);

(3) 在B5單元格中輸入公式:=MAX(ABS(B1:B4)),按Ctrl+Shift+Enter鍵,形成數組公式計算出‖Y1‖∞;

(4) 選擇單元格區域C1:C4,輸入公式:=B1:B4/B5,按Ctrl+Shift+Enter鍵,形成數組公式計算出逆冪法叠代壹次後的向量X1=(0.618321,1,1,0.618321);

(5) 選擇B1:C5單元格區域,向右拖動C5右下角的填充柄,即得逆冪法的叠代序列:

逆冪法叠代3次,可得A的對應於近似特征值λ=0.381966011的近似特征向量為(0.618033989,1,1,0.618033989)。若與A的相應精確特征值λ=2-2cos(π/5)=0.3819660112…和特征向量(sin(π/5)/sin(2π/5),1,1,sin(π/5)/sin(2π/5))=(0.6180339887…,1,1,0.6180339887…)相比較,顯然已具有較高的精度。

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