広島大学 先進理工系科学研究科 情報科学プログラム 2019年8月実施 専門科目I 問題1
Author
samparker, 祭音Myyura
Description
数列
a0=0,a1=1an+2=an+1+an(n=0,1,2,…)
の漸化式は、行列 A=[1110] を用いて、
[an+2an+1]=[1110][an+1an]
と表現することができる。以下の問題を答えよ。
(1) 行列 A のすべての固有値と固有ベクトルを求めよ。
(2) この数列の一般項 an を求めよ。
Let
a0=0,a1=1an+2=an+1+an(n=0,1,2,…)
be a sequence of numbers. The recurrence relation of this sequence can be represented by using matrix A=[1110] as
[an+2an+1]=[1110][an+1an]
(1) Find all the eigenvalues and the corresponding eigenvectors of A.
(2) Find a general term an of this sequence.
题目描述
数列满足
a0=0,a1=1,an+2=an+1+an(n=0,1,2,…),
其递推关系可借助
A=[1110]
写成
[an+2an+1]=A[an+1an].
- 求矩阵 A 的全部特征值及对应的特征向量。
- 求该数列的通项 an。
- 特征值与特征向量:对递推矩阵作谱分解,并利用矩阵幂推导斐波那契型数列的通项公式。
Kai
(1)
Eigenvalues
det(A−λE)=0⇒1−λ11−λ=λ2−λ−1=0
∴λ1=21+5,λ2=21−5
Eigenvectors
v1=(21+5,1),v2=(21−5,1)
(2)
Let P be the matrix formed by these eigenvectors, i.e.
P=[21+5121−51]
Then
det(P)=λ1−λ2=5
In particular,
P−1=51[1−1−λ2λ1]
Then the diagonalization of A is given by
A=[λ11λ21][λ100λ2]51[1−1−λ2λ1]
The nth-power of A is
An=[λ11λ21][λ1n00λ2n]51[1−1−λ2λ1]=[λ1n+1λ1nλ2n+1λ2n]51[1−1−λ2λ1]
Then the (1,2)-entry of An is
an=51(−λ1n+1λ2+λ2n+1λ1)=51λ1λ2(λ2n−λ1n)=51(λ1n−λ2n)=51((21+5)n−(21−5)n)