1摘要: 在高等代数中,只讨论了矩阵的加(减)法、乘法和求逆为核心的代数运算,而没有涉及到类似于数学分析中的极限等运算.可是,在研究数值方法以及线性系统的可控制等方面的问题时,这些运算又是十分必要的.本文主要根据递推数列求极限类比到递推矩阵序列求极限的问题.关键词: 矩阵序列;极限;特征值一、预备知识1)定义:设有矩阵序列{) (kA },其中 ) (kA = n n kijC a ) () (, 且当 k ,ijkija a ) (,则称{) (kA }收敛,并把矩阵 ) ( ija A 叫做{) (kA }的极限,记为 A A kk ) (lim 或者 A A k ) (.2)定理:每一个n 级复矩阵A 都与一个若尔当形矩阵相似.3)命题 1:设 B A, 均为n 阶半正定实对称矩阵,且满足 n A r n ) ( 1 ,则存在实可逆矩阵C ,使 AC CT和 BC CT均为对角阵.4)命题 2:实对称矩阵A 是半正定的充分必要条件是A 的一切主子式全大于零或等于零.5) 命题 3:设若尔当形矩为i iJ11 ,则 0 lim kkJ 的充要条件为0 lim kk .6)命题 4:递推数列 n a 满足 1 n n a a ,已知 1 a ,其中 1 ,则有 1) 1 (11lim nna .7 ) 36276
命 题 5 : 递 推 数 列 n a 满 足 2 1 n n n qa pa a , 已 知 2 1,a a , 其 中1 . 0 , 0 q p q p ,则有 1 1 21 2 1) ( ) 2 (1lim a a a pqa q aann .二、递推矩阵序列求极限定理 1 设矩阵序列 } { n M 满足 B AM M n n 1 , 已知 1 M 为 m k 矩阵, 其中A 为k 阶方阵且A 的特征值 1 ,B 为 m k 矩阵,则 nnM lim 存在.证明 因 B AM M n n 1 ,则有B AM M n n 1 ○ 1B AM M n n 1 ○ 2B AM M n n 2 1 ○ 3……B AM M 1 2 ○ n以 1 2, , , nA A A 依次从右边乘○ 2 , ○ 3 ,……, ○ n ,然后再把n 个式子一起加起来,得B A A E M A M n nn ) (11 1 又因) )( (1 n nA A E E A E A 因 A 的特征值 1 ,有 E A 可逆.故有) ( ) (1 1E A E A A A E n n 从而有B E A E A M A M n nn ) ( ) (11 1 要想使 nnM lim 存在,只要使 nnA lim 存在即可.下证 nnA lim 存在.因 A 为 k 阶 方 阵 , A 的 特 征 值 为 s , , , 2 1 , 相 应 的 重 数 为 st t t , , , 2 1 , 且k t t t s i t s i 2 1 . , , 2 , 1 , 1 .故存在k 阶可逆矩阵P ,使1JJ论文网
3因 1 i ,有 0 lim kik ,由命题 3 知 0 lim kikJ , s i , , 2 , 1 .故有 0 lim nnA .由此可得B E A Mnn11 ) ( lim 可见这个递推矩阵序列 } { n M 与命题 4 有异曲同工之处.定理 2 设矩阵序列 } { n M 满足 1 1 n n n BM AM M ,已知 2 1,M M 都为k 阶方阵,其中A 为k 阶正定实对称矩阵, B 为k 阶半正定实对称矩阵, 且 B A 特征值全为1.则 nnM lim存在.在证明这个命题之前先看一个命题 1 的推论.推论:设 B A, 均为k 阶半正定实对称矩阵,则存在实可逆矩阵C ,使 AC CT和 BC CT均为对角阵.证明 因 B A, 均为k 阶半正定实对称矩阵.分情况讨论.若 k B A r ) ( 时,故存在k 阶可逆矩阵P ,使kTE P B A P ) (因 AP PT为实对称矩阵,故存在正交矩阵Q,使C APQ P QkT T△1令 PQ D ,则有kTE D B A D ) ( , C AD DT
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