不書是一本計算數(shù)學(xué)名著。作者用攝動理論和向后誤差分析方法系統(tǒng)地論述代數(shù)特征值問題以及有關(guān)的線性代數(shù)方程組、多項式零點的各種解法,并對方法的性質(zhì)作了透徹的分析。本書的內(nèi)容為研究代數(shù)特征值及有關(guān)問題提供了嚴(yán)密的理論基礎(chǔ)和強有力的工具。全書共分九章。第一章敘述矩陣?yán)碚,第二、三章介紹攝動理論和向后舍入誤差分析方法,第四章分析線性代數(shù)方程組解法,第五章討論Hermite矩陣的特征值問題,第六、七章研究如何把一般矩陣化為壓縮型矩陣及壓縮型矩陣的特征值的問題,第八章論述LR和QR算法,最后一章討論各種迭代法。
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代數(shù)特征值問題的解法長期以來對我有一種特殊的魅力,因為它充分地顯示出所謂經(jīng)典數(shù)學(xué)與實用數(shù)值分析之間的差異,特征值問題具有貌似簡單的提法,而且其基本理論多年來已為人們所熟知;然而欲求其精確解就會遇到各種挑戰(zhàn)性問題。
L.Fox教授與E.F.Goodwin博士基于我在計算機上工作的早期經(jīng)驗,建議我寫一本關(guān)于這個主題的書,納入數(shù)值分析專著叢書。如果不是W.J.Givins教授邀請我參加1957年于底特律召開的矩陣討論會,因而相繼被邀請在密執(zhí)安大學(xué)舉辦的夏季討論班作題為“解線性方程組及計算特征值和特征向量的實際技巧”的講演,撰寫本書恐怕只能是一個良好的愿望。每年為這些講演提供一套講義的規(guī)定業(yè)已證明確有特定的價值,本書的許多材料就是以這種方式通過講演得以介紹。
我原來的意圖是敘述解此問題的大部分已為人們知曉的技巧以及對其優(yōu)點作出評價,并盡可能附以相應(yīng)的誤差分析;谏鲜鱿敕ǖ脑逵1961年差不多就完成了,然而,在準(zhǔn)備原稿的那段時閬內(nèi),特征值問題與誤差分析獲得了重大進(jìn)展,使我對原先的各章日益感到不滿。1962年我決定按照業(yè)已改變的客觀情況改寫全書。我感到,要包含幾乎所有的已知方法并給出它們的誤差分析已不再切合實際,因此決定主要敘述我有著廣泛實際經(jīng)驗的那些方法。同時,我插進(jìn)附加的一章,給出相當(dāng)一般的誤差分析,它適用于后面提出的幾乎所有的方法。多年的經(jīng)驗使我確信,一種方法,如果沒有使用過,就很難對它作出可靠的評價,并且一個實際過程在細(xì)節(jié)方面的相當(dāng)微小的變動常常會對此方法的效果產(chǎn)生很大的影響。
寫數(shù)值分析書的作者面臨著一個特殊的困難問題,這就是如何確定該書的讀者對象。特征值問題的實用性論述可能使許多人都感興趣,其中包括設(shè)計工程師、理論物理學(xué)家、經(jīng)典應(yīng)用數(shù)學(xué)家以及那些旨在矩陣領(lǐng)域進(jìn)行研究的數(shù)值分析家,一本主要面向后一類讀者的書可能會使前一類讀者感到難以接受。我不會單純因某些讀者可能感到太困難而省略掉任何東西,但是只要題材許可,我盡量把一切寫得初等一些。左右為難的處境在第一章中表現(xiàn)得最為突出。我希望,那里所采用的初等敘述不至于冒犯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)家。而且如果他還擬從本書其余部分汲取營養(yǎng),那么希望他把這僅僅看作是他所熟悉的經(jīng)典材料的一種粗淺表示。
第一章 理論基礎(chǔ)
引言
定義
轉(zhuǎn)置矩陣的特征值與特征向量
不相同的特征值
相似變換
重特征值與一般矩陣的標(biāo)準(zhǔn)型
虧損特征向量系
Jordan(經(jīng)典的)標(biāo)準(zhǔn)型
初等因子
A的特征多項式的友矩陣
非減次矩陣
Frobenius(有理的)標(biāo)準(zhǔn)型
Jordan標(biāo)準(zhǔn)型與Frobenius標(biāo)準(zhǔn)型的關(guān)系
相抵變換
λ矩陣
初等運算
Smith標(biāo)準(zhǔn)型
λ矩陣的k行子式的最大公因子
(A-λI)的不變因子
三角標(biāo)準(zhǔn)型
Hermite矩陣與對稱矩陣
Hermite矩陣的基本性質(zhì)
復(fù)對稱矩陣
用酉變換化成三角型
二次型
正定性的充要條件
常系數(shù)微分方程
對應(yīng)于非線性初等因子的解
高階微分方程
特殊形式的二階方程
By=-Ay的顯式解
形如(AB-λI)x=0的方程
向量的最小多項式
矩陣的最小多項式
Cayley-Hamilton定理
最小多項式與標(biāo)準(zhǔn)型的關(guān)系
主向量
初等相似變換
初等矩陣的性質(zhì)
用初等相似變換化成三角標(biāo)準(zhǔn)型
初等酉變換
初等酉Hermite矩陣
用初等酉變換化成三角型
正規(guī)矩陣
可交換矩陣
AB的特征值
向量與矩陣的范數(shù)
從屬的矩陣范數(shù)
Euclid范數(shù)與譜范數(shù)
范數(shù)與極限
避免使用矩陣無窮級數(shù)
第二章 攝動理論
引言
關(guān)于特征值連續(xù)性的Ostrowski定理
……
第三章 誤差分析
第四章 線性代數(shù)方程組的解法
第五章 Hermite矩陣
第六章 化一般矩陣為壓縮型
第七章 壓縮型矩陣的特征值
第八章 LR和QR算法
第九章 迭代法
參考文獻(xiàn)