[Bhatia.Matrix Analysis.Solutions to Exercises and Problems]ExI.2.8

简介: For any matrix $A$ the series $$\bex \exp A=I+A+\frac{A^2}{2!}+\cdots+\frac{A^n}{n!}+\cdots \eex$$ converges.

For any matrix $A$ the series $$\bex \exp A=I+A+\frac{A^2}{2!}+\cdots+\frac{A^n}{n!}+\cdots \eex$$ converges. This is called the exponential of $A$. The matrix $A$ is always invertible and $$\bex (\exp A)^{-1}=\exp(-A). \eex$$ Conversely, every invertible matrix can be expressed as the exponential of some matrix. Every unitary matrix can be expressed as the exponential of a skew-Hermitian matrix.

 

Solution.  

 

(1). $$\bex \exp A=\sum_{n=0}^\infty \frac{A^n}{n!} \eex$$ follows from the fact that $$\bex \sum_{n=0}^\infty \frac{\sen{A}^2}{n!}=\exp \sen{A}<\infty \eex$$ and the completeness of $\M(n)$.

 

(2). By taking limits in $$\beex \bea &\quad\sex{\sum_{k=0}^n\frac{A^k}{k!}} \cdot \sex{\sum_{l=0}^n \frac{B^l}{l!}}\quad\sex{AB=BA}\\ &=\sum_{k,l=0}^n \frac{A^kB^l}{k!l!}\\ &=\sum_{s=0}^{2n} \frac{1}{s!}\sum_{k+l=s}\frac{s!}{k!(s-k)!}A^kB^{s-k}\\ &=\sum_{s=0}^{2n}\frac{1}{s!}(A+B)^s, \eea \eeex$$ we have $$\bex \exp(A)\cdot \exp (B)=\exp(A+B). \eex$$ Taking $B=-A$, we see readily that $$\bex \exp(A)\cdot \exp(-A)=I. \eex$$

 

(3). For invertible matrix $A$, by theJordan canonical decomposition, there exists an unitary $U$ such that $$\bex A=U\diag(J_1,\cdots,J_s)U^*, \eex$$ with the diagonals $\lm_i$ of $J_i$ is not equal to zero. We only need to show that $J_i$ is the exponential of some matrix. In fact, set $\mu_i\in\bbC$ satisfy $e^{\mu_i}=\lm_i$ and $$\bex \vLm_i=\diag(\mu_i,\cdots,\mu_i), \eex$$ then its exponential $$\bex \exp \vLm_i=\diag(\lm_i,\cdots,\lm_i) \eex$$ has the same eigenvalues of $J_i$. Hence, they are similar, and there exists some invertible matrix $P_i$ such that $$\bex J_i=P_i^{-1}\exp \vLm_i P_i=\exp [P_i^{-1}\vLm_iP_i]. \eex$$

 

(4). For $U\in \U(n)$, $$\bex U=\exp B\ra I=U^*U=\exp (B^*)\cdot \exp (B)=\exp(B^*+B)\ra B^*=-B. \eex$$

目录
相关文章
|
安全 网络协议 Linux
安卓Termux搭建web服务器【公网远程手机Android服务器】
安卓Termux搭建web服务器【公网远程手机Android服务器】
|
8月前
|
关系型数据库 MySQL PHP
源码编译安装LAMP(HTTP服务,MYSQL ,PHP,以及bbs论坛)
通过以上步骤,你可以成功地在一台Linux服务器上从源码编译并安装LAMP环境,并配置一个BBS论坛(Discuz!)。这些步骤涵盖了从安装依赖、下载源代码、配置编译到安装完成的所有细节。每个命令的解释确保了过程的透明度,使即使是非专业人士也能够理解整个流程。
225 18
|
8月前
|
人工智能 自然语言处理 算法
AI-Researcher:告别熬夜肝论文!港大开源AI科研神器,从选题到发表全自动
AI-Researcher 是香港大学数据科学实验室推出的开源自动化科研工具,基于大型语言模型(LLM)代理,支持从研究想法到论文发表的全流程自动化,涵盖文献综述、算法设计、实验验证和论文撰写等功能。
716 8
AI-Researcher:告别熬夜肝论文!港大开源AI科研神器,从选题到发表全自动
|
6月前
|
人工智能 API 开发者
狂揽7.5k星!这款开源API网关彻底解放开发者:一键聚合GPT-4、Suno、Midjourney,还能在线充值!
New API 是一款基于 One API 二次开发的 AI 模型接口管理与分发系统,支持多种大模型(如 GPT-4、Suno、Midjourney 等)统一封装为 OpenAI 格式接口调用。其核心功能包括多模型统一网关、企业级权限管控、“推理力度”分级、无魔法访问全球 AI 服务、灵活计费体系及开发者友好设计。技术架构采用 Golang + Gin 框架,支持高并发低延迟,适用于企业内部 AI 中台、多模型 SaaS 平台、学术研究协作及个人开发者工具等场景。项目开源地址:https://github.com/kingbug/new-api。
1660 6
|
8月前
|
数据采集 存储 监控
网站价格监控:动态价格数据的实时抓取案例
本案例展示了如何利用爬虫技术实时抓取京东等电商平台的商品信息、价格及用户评价,通过代理IP、Cookie和User-Agent确保数据稳定采集。关键数据分析包括价格动态监控、评价趋势分析和竞争情报获取,助力商家制定策略。代码从简单请求逐步演进为具备异常处理、数据解析等功能的完整体系,并设计了「技术关系图谱」,直观展示系统模块间的关系,为开发者提供全局视角和技术路径参考。
1247 0
网站价格监控:动态价格数据的实时抓取案例
|
前端开发 Java Spring
springboot 整合 netty框架, 实现 心跳检测,自动重连
springboot 整合 netty框架, 实现 心跳检测,自动重连
|
存储 监控 前端开发
Sentry 监控部署与使用(详细流程)
Sentry 监控部署与使用(详细流程)
13946 1
|
消息中间件 存储 运维
Kafka重要配置参数全面解读(重要)
Kafka重要配置参数全面解读(重要)
772 2
|
Go 网络安全 开发工具
在golang中引入私有git仓库的pkg包?引入私有Git仓库的包:在Go语言项目中轻松实现
在golang中引入私有git仓库的pkg包?引入私有Git仓库的包:在Go语言项目中轻松实现
395 0
在golang中引入私有git仓库的pkg包?引入私有Git仓库的包:在Go语言项目中轻松实现
|
前端开发 JavaScript 算法
如何在页面展示数学公式之Latex语法
最近在做markdown 算法文章分享,算法肯定会涉及到数学复杂度,比如: O(log_nX) 等数学公式的展示,但是如果写成这样子lognX,估计很难准确表达,因此上网搜索了一下数学表达式在前端页面如何展示的相关技术。
575 0