Tính lũy thừa ma trận cấp 2 có các phần tử là hàm lượng giác
#1
Đã gửi 12-01-2013 - 19:54
Tính $A^{2012}$
- YeuEm Zayta và IAEA thích
#2
Đã gửi 12-01-2013 - 21:32
..........................................................................
$A=\begin{pmatrix} a\cos ^{2}t+b\sin^{2}t & (b-a)\sin t\cos t\\ (b-a)\sin t\cos t & a\sin ^{2}t+b\cos ^{2}t \end{pmatrix}$
$=\begin{pmatrix} a(1-\sin ^{2}t)+b\sin ^{2}t & (b-a)\sin t\cos t\\ (b-a)\sin t\cos t & a(1-\cos ^{2}t)+b\cos ^{2}t \end{pmatrix}$
$=\begin{pmatrix} (b-a)\sin ^{2}t+a & (b-a)\sin t\cos t\\ (b-a)\sin t\cos t & (b-a)\cos ^{2}t+a \end{pmatrix}$
$=\begin{pmatrix} \frac{b-a}{2}(1-\cos 2t)+a & (b-a)\sin t\cos t\\ (b-a)\sin t\cos t & \frac{b-a}{2}(1+\cos 2t)+a \end{pmatrix}$
$=\begin{pmatrix} \frac{b-a}{2}(-\cos 2t)+\frac{a+b}{2} & \frac{b-a}{2}\sin 2t\\ \frac{b-a}{2}\sin 2t & \frac{b-a}{2}\cos 2t+\frac{a+b}{2} \end{pmatrix}$
$=\frac{b-a}{2}\begin{pmatrix} -\cos 2t & \sin 2t\\ \sin 2t & \cos 2t \end{pmatrix}+\frac{a+b}{2}\begin{pmatrix} 1 & 0\\ 0 & 1 \end{pmatrix}$
$=\frac{b-a}{2}B+\frac{a+b}{2}I$
Với $B=\begin{pmatrix} -\cos 2t & \sin 2t\\ \sin 2t & \cos 2t \end{pmatrix}$
$B^{2}=I$ $B^{3}=B$
$B^{2k}=I$, $B^{2k+1}=B$ $\forall k\in \mathbb{N}$
Suy ra:
$A^{n}=\left ( \frac{b-a}{2}.B+\frac{a+b}{2}.I \right )^{n}$
$=\sum_{k=0}^{n}C_{n}^{k}\left ( \frac{b-a}{2} \right )^{k}B^{k}\left ( \frac{a+b}{2} \right )^{n-k}$
$=\sum_{k=0}^{n}C_{n}^{k}\frac{(b-a)^{k}.(a+b)^{n-k}}{2^{n}}.B^{k}$
$=\sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]}C_{n}^{2k}\frac{(b-a)^{2k}.(a+b)^{n-2k}}{2^{n}}.B^{2k}+\sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]}C_{n}^{2k+1}\frac{(b-a)^{2k+1}.(a+b)^{n-2k-1}}{2^{n}}.B^{2k+1}$
$=\left ( \sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]}C_{n}^{2k}\frac{(b-a)^{2k}.(a+b)^{n-2k}}{2^{n}} \right ).I+\left ( \sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]}C_{n}^{2k+1}\frac{(b-a)^{2k+1}.(a+b)^{n-2k-1}}{2^{n}} \right ).B$
..................................................................................
Rút gọn được thì đẹp nhỉ!
Bài viết đã được chỉnh sửa nội dung bởi vo van duc: 12-01-2013 - 21:40
- Giang1994, caybutbixanh và phudinhgioihan thích
#3
Đã gửi 13-01-2013 - 02:24
$A^{n}=\left ( \frac{b-a}{2}.B+\frac{a+b}{2}.I \right )^{n}$
$=\sum_{k=0}^{n}C_{n}^{k}\left ( \frac{b-a}{2} \right )^{k}B^{k}\left ( \frac{a+b}{2} \right )^{n-k}$
$=\sum_{k=0}^{n}C_{n}^{k}\frac{(b-a)^{k}.(a+b)^{n-k}}{2^{n}}.B^{k}$
$=\sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]}C_{n}^{2k}\frac{(b-a)^{2k}.(a+b)^{n-2k}}{2^{n}}.B^{2k}+\sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]}C_{n}^{2k+1}\frac{(b-a)^{2k+1}.(a+b)^{n-2k-1}}{2^{n}}.B^{2k+1}$
$=\left ( \sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]}C_{n}^{2k}\frac{(b-a)^{2k}.(a+b)^{n-2k}}{2^{n}} \right ).I+\left ( \sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]}C_{n}^{2k+1}\frac{(b-a)^{2k+1}.(a+b)^{n-2k-1}}{2^{n}} \right ).B$
..................................................................................
Rút gọn được thì đẹp nhỉ!
Thế thì cho đẹp nào
$$2^nb^n=(b-a+b+a)^n=\sum_{k=0}^n C_n^k (b-a)^k(b+a)^{n-k}$$
$$=\sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]} C_{n}^{2k}(b-a)^{2k}(b+a)^{n-2k}+\sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]} C_n^{2k+1}(b-a)^{2k+1}(b+a)^{n-2k-1} $$
$$2^na^n=(b+a-(b-a))^n=\sum_{k=0}^n C_n^k (-1)^k(b-a)^k(b+a)^{n-k}$$
$$=\sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]}C_n^{2k}(b-a)^{2k}(b+a)^{n-2k}-\sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]}C_n^{2k+1}(b-a)^{2k+1}(b+a)^{n-2k-1}$$
Suy ra
$$\sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]}C_n^{2k}(b-a)^{2k}(b+a)^{n-2k}=2^{n-1}(a^n+b^n)$$
$$\sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]}C_n^{2k+1}(b-a)^{2k+1}(b+a)^{n-2k-1}=2^{n-1}(b^n-a^n)$$
Vậy $$A^n=2^{n-1}(a^n+b^n)I+2^{n-1}(b^n-a^n)B$$
$$=2^{n-1} \begin{pmatrix} a^n+b^n+(a^n-b^n)\cos 2t & (b^n-a^n)\sin 2t\\ \\ (b^n-a^n)\sin 2t&a^n+b^n+(b^n-a^n)\cos 2t \end{pmatrix}$$
- vo van duc, caybutbixanh, YeuEm Zayta và 1 người khác yêu thích
#4
Đã gửi 25-02-2018 - 10:28
$=\frac{b-a}{2}B+\frac{a+b}{2}I$
Với $B=\begin{pmatrix} -\cos 2t & \sin 2t\\ \sin 2t & \cos 2t \end{pmatrix}$
$B^{2}=I$ $B^{3}=B$
$B^{2k}=I$, $B^{2k+1}=B$ $\forall k\in \mathbb{N}$
Em không hiểu lắm về đoạn này, lúc khai triển ra đâu có được $B^{2}=I$ $B^{3}=B$ đâu ạ??
#5
Đã gửi 21-04-2018 - 10:43
1 người đang xem chủ đề
0 thành viên, 1 khách, 0 thành viên ẩn danh