고유값에서 단수인 행렬 값 함수를 포함하는 수학 방정식.
수학 에서 비선형 고유문제 , 때로는 비선형 고유값 문제 는 (일반) 고유값 문제 를 고유값에 비선형적 으로 의존하는 방정식으로 일반화하는 것이다.구체적으로는 형태 방정식을 가리킨다.
M ( λ ) x = 0 , {\displaystyle M(\lambda )x=0,} where x ≠ 0 {\displaystyle x\neq 0} is a vector , and M {\displaystyle M} is a matrix -valued function of the number λ {\displaystyle \lambda } . The number λ {\displaystyle \lambda } is known as the (nonlinear) eigenvalue , the vector x {\displaystyle x} as the (nonlinear) eigenvector , and ( λ , x ) {\disp 레이스타일(\lambda ,x)} 을(를) 고유 쌍 으로 한다 .M ( λ ) {\displaystyle M(\lambda )} 행렬은 고유값 λ {\displaystyle \lambda } 에서 단수형이다.
정의 수치 선형대수학 에서는 일반적으로 다음과 같은 정의를 사용한다.[1] [2] [3] [4]
Ω ⊆ C {\ displaystyle \Oomega \subseteq \mathb {C} } 을(를) 놓아두고 M : Ω → C n × n {\ displaystyle M: \Oomega \rightarrow \mathb{C} ^{n\time n}}} 는 스칼라 를 행렬에 매핑하는 함수다.A scalar λ ∈ C {\displaystyle \lambda \in \mathbb {C} } is called an eigenvalue , and a nonzero vector x ∈ C n {\displaystyle x\in \mathbb {C} ^{n}} is called a right eigevector if M ( λ ) x = 0 {\displaystyle M(\lambda )x=0} . Moreover, a nonzero vector y ∈ C n {\displaystyle y\in \mathbb {C} ^{n}} is cal y H M ( λ ) = 0 H {\ displaystyle y^{H}M(\lambda )=0^{ 0^{H }}, 여기서 위첨자 H {\ displaystyle ^{H} 는 은둔자의 전치사 를 나타낸다 .고유값의 정의는 det (M ( λ ) = 0 {\displaystyle \det(M(\lambda )=0 }, 여기서 det ( ) {\displaysty \det()} 은 결정요인 을 나타낸다 .[1]
함수 M {\displaystyle M} 은(일부 도메인 Ω {\displaystyle \lambda }) 의 홀로모르픽 함수 여야 한다 .
일반적으로 M ( λ ) {\displaystyle M(\lambda )} 은 선형 지도 가 될 수 있지만 , 가장 일반적으로는 유한 차원, 대게 정사각형의 행렬이다.
정의: 문제는 det ( M ( z ) 0 {\displaystyle z\in \Oomega }과 같은 z ∈ Ω {\displaystyle \ det(M(z)\neq 0} 이 있으면 규칙적 이라고 하며, 그렇지 않으면 단수 라고 한다.[1] [4]
정의: 고유값 λ {\ displaystyle \ lambda } 은 (는) λ {\displaystyle k } 이 (가 ) det {\displaystyle z } 에 대한 det(M (z)} 의 파생상품이 k {\displaystystyk }일 경우 대수 다중성 k {\\\\} 을 갖는다고 한다 . \ \da } 은(는) 0이 아니다 .dk det ( M ( z ) d z z = 0 0 0 {\displaystyle \왼쪽) 수식.{\frac {d^}{k}\det(M(z)}{dz^{k}}}\right _{ z=\lambda }\neq 0} 그러나 d det det( M ( ) d z = 0 {\displaysty \left. {\ frac {d ^{\ ell }\det(M(z))}{dz^{\\ell }}}\right _{z=\lambda }=0 } for ℓ = 0, 1, 2 , …, k - 1 {\displaysty \ell = 0,1,2,\dots,k-1 }.[1] [4]
정의: 고유값 λ {\displaystyle \lambda } 의 기하학적 다중성 은 M ( λ ) {\displaystyle M(\lambda )} 의 nullspace 치수다. [1] [4]
특례 비선형 고유문제의 특별한 예는 다음과 같다.
(일반) 고유값 문제 : M ( λ ) = A - λ I . {\displaystyle M(\lambda )=A-\lambda I.} 일반화된 고유값 문제 : M ( λ ) = A - λ B . {\displaystyle M(\lambda )=A-\lambda B. } 2차 고유치 문제 : M( λ ) = A 0 + λ A 1 + λ 2 A 2 . {\displaystyle M(\lambda )= A_{0}+\lambda A_{1}+\lambda ^{2} A_{2}.} 다항 고유값 문제: M( λ ) = ∑ i = 1 m λ i . {\displaystyle M(\lambda )=\sum _{i=1}^{m}\lambda ^{i} A_{i}} 합리적 인 고유치 문제: M ( λ ) = m i = 1 m 1 A i i + i i = 1 m 2 B i i i i ( ) ) , {\displaystyle M(\lambda )=\sum _{i=1}^{m_{1}}}}. A_{i}\lambda ^{i}+\sum _{i=1}^{m_{2}}B_{i}r_{i}{ i}(\lambda ), 여기서 r i ( λ ){\displaysty r_{i}(\lambda )는 합리적인 함수 다. 지연 고유값 문제 : M ( λ ) = - I λ + A 0 + ∑ i = 1 m A e - τ i λ , {\displaystyle M(\lambda )=-I\lambda +A_{0}+\sum _{i=1}^{m }A_{i}e^{-\tau _{i}\\lambda }}} 여기서 where 1, τ 2 , τ m {\ displaystyle \tau \{1},\tau _{2},\dots,\tau _{m}}} 은(지연)로 알려진 스칼라가 주어진다 .
요르단 체인 정의: ( λ 0 , x 0 ) {\displaystyle(\lambda _{0},x_{0}) 을 고유공기로 한다. A tuple of vectors ( x 0 , x 1 , … , x r − 1 ) ∈ C n × C n × ⋯ × C n {\displaystyle (x_{0},x_{1},\dots ,x_{r-1})\in \mathbb {C} ^{n}\times \mathbb {C} ^{n}\times \dots \times \mathbb {C} ^{n}} is called a Jordan chain if
∑ k = 0 ℓ M ( k ) ( λ 0 ) x ℓ − k = 0 , {\displaystyle \sum \{k=0}^{\ell }M^{(k)}(\lambda _{0}x_{\ell -k}=0,}) for ℓ = 0 , 1 , … , r − 1 {\displaystyle \ell =0,1,\dots ,r-1} , where M ( k ) ( λ 0 ) {\displaystyle M^{(k)}(\lambda _{0})} denotes the k {\displaystyle k} th derivative of M {\displaystyle M} with respect to λ {\displaystyle \lambda } and evaluated in λ = λ 0 {\displaystyle \lambda =\lambda _{0}} .The vectors x 0 , x 1 , … , x r − 1 {\displaystyle x_{0},x_{1},\dots ,x_{r-1}} are called generalized eigenvectors , r {\displaystyle r} is called the length of the Jordan chain, and the maximal length a Jordan chain starting with x 0 {\displaystyle x_{0}} is called the rank of x 0 {\displaystyle x_ {0}} .[1] [4]
정리: [1] A tuple of vectors ( x 0 , x 1 , … , x r − 1 ) ∈ C n × C n × ⋯ × C n {\displaystyle (x_{0},x_{1},\dots ,x_{r-1})\in \mathbb {C} ^{n}\times \mathbb {C} ^{n}\times \dots \times \mathbb {C} ^{n}} is a Jordan chain if and only if the function M ( λ ) χ ℓ ( λ ) {\displaystyle M(\lambda )\chi _{\ell }(\lam bda )} has a root in λ = λ 0 {\displaystyle \lambda =\lambda _{0}} and the root is of multiplicity at least ℓ {\displaystyle \ell } for ℓ = 0 , 1 , … , r − 1 {\displaystyle \ell =0,1,\dots ,r-1} , where the vector valued function χ ℓ ( λ ) {\displaystyle \chi _{\ell }(\lambda )} is defined as
χ ℓ ( λ ) = ∑ k = 0 ℓ x k ( λ − λ 0 ) k . {\displaystyle \chi _{\ell \}{k=0}^{\ell }x_{k}(\data -\basedda _{0}}}}}}}}
고유벡터 비선형성 고유벡터 비선형성은 관련성이 있지만 때로는 다른 형태의 비선형성을 연구하기도 한다. 이 경우 M {\displaystyle M} 함수는 벡터를 행렬에 매핑하거나, 은둔자 행렬 을 은둔자 행렬에 매핑한다 .[5] [6]
참조 ^ a b c d e f g Güttel, Stefan; Tisseur, Françoise (2017). "The nonlinear eigenvalue problem" (PDF) . Acta Numerica . 26 : 1–94. doi :10.1017/S0962492917000034 . ISSN 0962-4929 . S2CID 46749298 . ^ Ruhe, Axel (1973). "Algorithms for the Nonlinear Eigenvalue Problem" . SIAM Journal on Numerical Analysis . 10 (4): 674–689. doi :10.1137/0710059 . ISSN 0036-1429 . JSTOR 2156278 . ^ Mehrmann, Volker ; Voss, Heinrich (2004). "Nonlinear eigenvalue problems: a challenge for modern eigenvalue methods" . GAMM-Mitteilungen . 27 (2): 121–152. doi :10.1002/gamm.201490007 . ISSN 1522-2608 . ^ a b c d e Voss, Heinrich (2014). "Nonlinear eigenvalue problems" (PDF) . In Hogben, Leslie (ed.). Handbook of Linear Algebra (2 ed.). Boca Raton, FL: Chapman and Hall/CRC. ISBN 9781466507289 . ^ Jarlebring, Elias; Kvaal, Simen; Michiels, Wim (2014-01-01). "An Inverse Iteration Method for Eigenvalue Problems with Eigenvector Nonlinearities" . SIAM Journal on Scientific Computing . 36 (4): A1978–A2001. arXiv :1212.0417 . doi :10.1137/130910014 . ISSN 1064-8275 . S2CID 16959079 . ^ Upadhyaya, Parikshit; Jarlebring, Elias; Rubensson, Emanuel H. (2021). "A density matrix approach to the convergence of the self-consistent field iteration" . Numerical Algebra, Control & Optimization . 11 (1): 99. doi :10.3934/naco.2020018 . ISSN 2155-3297 . 추가 읽기 프랑수아즈 티세서르 와 카를 메어베르겐, "이차적 고유가치 문제", SIAM Review 43(2), 235–286(2001) (링크 ) Gene H. Golub 와 Henk A. van der Vorst, "20세기의 고유값 연산", Journal of Computing and Applied Mathics 123 , 35–65(2000) Philipe Guillaume, "비선형 고유문제", Matrix Analysis and Applications 20 (3), 575–595(1999년) (링크 )에 관한 SIAM 저널 . Cedric Effenberger, "비선형 고유값 문제 에 대한 강력한 솔루션 방법 ", PhD 논문 EPFL (2013) (링크 ) Roel Van Beuumen, "비선형 고유값 문제에 대한 Rational Krylov methods for non-linear eigenvalue probles ", 박사 논문 KU Leuven (2015) (링크 )