0 Daumen
1,2k Aufrufe

Aufgabe:

Im Rahmen einer Physik-Aufgabe muss ich einen Trägheitstensor diagonalisieren.


Problem/Ansatz:

Mein Ansatz:

0 = det(Matrix)

Dann Eigenvektoren bestimmen

So weit, so gut... Ich hänge mal an, wie weit ich gekommen bin

Screenshot_4.png

Text erkannt:

\( \begin{array}{c} A=2(\mu+M) a^{2} \quad B=2(M-m) a^{2} \\ \Rightarrow \quad I=\left(\begin{array}{ccc} A & -B & 0 \\ -B & A & 0 \\ 0 & 0 & 2 A \end{array}\right) \\ 0=\det\left(\begin{array}{ccc} A-\lambda & -B & 0 \\ 0 & A-\lambda & 0 \\ 0 & 0 & 2 A-\lambda \end{array}\right) \end{array} \)
\( \begin{aligned} \text {  } & \\ \Rightarrow &(A-\lambda)^{2} \cdot(2 A-\lambda)-\left(B^{2} \cdot(2 A-\lambda)\right)=\left(A^{2}-2 A \lambda+\lambda^{2}\right)(2 A-\lambda)-2 A B^{2}+B^{2} \lambda \\=& 2 A^{3}-A^{2} \lambda-4 A^{2} \lambda+2 A \lambda^{2}+2 A \lambda^{2}-\lambda^{3}-2 A B^{2}+B^{2} \lambda \\=& 2 A^{3}-5 A^{2} \lambda-2 A B^{2}+4 A^{2}+B^{2} \lambda-\lambda^{3} \end{aligned} \)

Macht das soweit Sinn? Ich würde nun noch die anderen beiden Eigenvektoren ausrechnen und hätte dann damit die diagonalisierte Matrix?

Avatar von

1 Antwort

+1 Daumen
 
Beste Antwort

Sieht ganz gut aus, denke ich

\(\left(-2 \; a + \lambda \right) \; \left(a + b - \lambda \right) \; \left(-a + b + \lambda \right) = 0\)

\(\small T \, :=  \, \left(\begin{array}{rrr}0&-1&1\\0&1&1\\1&0&0\\\end{array}\right)\)

\(\small T^{-1} A T= D \, :=  \, \left(\begin{array}{rrr}2 \; a&0&0\\0&a + b&0\\0&0&a - b\\\end{array}\right)\)

Avatar von 21 k

T entsteht einfach aus den drei Eigenvektoren, richtig?

Und dann verrechne ich am Ende einfach T mit der Umkehrmatrix und der ursprünglichen um auf D zu kommen?

Yep,

D kannst Du doch schon aus den Eigenwerten ablesen...

und die Diagonalsierbarkeit ist auch an den Eigenräumen zu erkennen ohne die BasistransMatrix T aus den EV zu erstellen.

Siehe https://www.geogebra.org/m/upUZg79r

A:= {{a, -b,0}, {-b, a, 0}, {0,0, 2a}}

Die Eigenwerte sind einfach die Einträge, die auf der Diagonalen stehen müssen?

Aber wie weiß ich, in welcher Reihenfolge?

richtig!

die reihenfolge, in der du sie aufschreiben tust ;-).

da helfen die eigenvektoren auch nicht weiter, für die gilt das gleiche…

und die können sich auch in einen faktor unterscheiden.

lass deine aufgabe von der app rechnen. es würde mich wundern, wenn die ergebnisse mit der eingebaut en funktion jordandiagonalization() übereinstimmen…

also in reihenfolge und einen faktorunterschied der ev

Ist die Reihenfolge denn egal oder muss ich das dann eigentlich noch mit T*D*T^(-1)=A überprüfen, ob das auch passt?

mathematisch ergibt sich die reihenfolge entsprechend den eigenwerten

ew1 ==> ev1==> 1 spalte T ==> diag d11=ew1

evtl. erzwingt das sachproblem eine bestimmte reihenfolge?

es handelt sich ja um eine basis transformation.

es muss T^-1 A T = D heißen und ich verwende die rechnung gerne als kontrolle!

add

schau dir mal die beispiel rechnung der app an

zeile 15

mein ergebnis und das der ggb funktion

Ich komme für die Transponierte auf \( \begin{pmatrix} 1 & 1 & 0 \\ 1 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1\end{pmatrix} \)


d.h. ich habe irgendwo einen Vorzeichen Fehler...

Kannst du da einmal drüber gucken? Ich finde ihn nichtScreenshot_5.png


Screenshot_6.png


hm, hast Du falsch eingesetzt?

app Zeile 8

\(\small \left(\begin{array}{rrrr}\lambda=&2 \; a&\left(\begin{array}{rrr}a - 2 \; a&-b&0\\-b&a - 2 \; a&0\\0&0&0\\\end{array}\right)&\left(\begin{array}{r}x1\\x2\\x3\\\end{array}\right) = 0\\\lambda=&a + b&\left(\begin{array}{rrr}a - a - b&-b&0\\-b&a - a - b&0\\0&0&-a - b + 2 \; a\\\end{array}\right)&\left(\begin{array}{r}x1\\x2\\x3\\\end{array}\right) = 0\\\lambda=&a - b&\left(\begin{array}{rrr}a - a + b&-b&0\\-b&a - a + b&0\\0&0&-a + b + 2 \; a\\\end{array}\right)&\left(\begin{array}{r}x1\\x2\\x3\\\end{array}\right) = 0\\\end{array}\right)\)

Habe ihn gefunden! Danke

Ein anderes Problem?

Stell deine Frage

Willkommen bei der Mathelounge! Stell deine Frage einfach und kostenlos

x
Made by a lovely community