问答题(2004年北京大学

求解微分方程组的初值问题

答案解析

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讨论

给定方程x''+8x'+7x=f(t),其中f(t)在(-∞,+∞)上连续。如果f(t)=0,则上述方程的每一个解当t→+∞时都趋于零。

考虑线性方程组dx/dt=A(t)x+f(t) (1)其中A(t),f(t)以ω为周期,A(t)为n×n的矩阵函数,f(t)为n维向量函数。设x1 (t),x2 (t),…,xn (t)是对应齐次方程组dx/dt=A(t)x (2)的基本解组,满足初始条件:x1 (0)=,x2 (0)=,…,xn (0)= 证明:1.设x=φ(t)是(1)的解,则x=φ(t)是(1)的以ω为周期的周期解的充要条件是φ(0)=φ(ω)。2.对于任何连续的周期函数f(t),f(t)=f(t+ω),方程组(1)有惟一的周期解(周期为ω)的充要条件是矩阵X(ω)=[x1 (ω)…xn (ω)]没有等于1的特征根。

北京大学齐次微分方程

证明:任一可逆的实矩阵A可以表示成A=QB,其中Q为正交矩阵,B是主对角线上元素均为正的三角形矩阵:B=,bii>0,且此表示式是惟一的。

设A=(aij)n×n,且行列式≠0,1≤k≤n.证明存在下三角形矩阵Bn×n,使BA为上三角形矩阵。

设A为m×n且秩为s的矩阵,X为p×m的列满秩矩阵,即r(X)=m,而Y为n×q的行满秩矩阵,即r(Y)=n。证明:r(A)=r(XA)=r(AY)=r(XAY)其中符号r(T)表示矩阵T的秩。

设A为数域P上的一个n级矩阵,如果f(A)=0,则称f(x)以A为根。次数最低首项为1的以A为根的多项式称为A的最小多项式,证明矩阵A的最小多项式是惟一的。

设S1,S3为实对称矩阵,S2为实矩阵,则矩阵S=为正定矩阵的充要条件为矩阵S3与矩阵S1-S2 S3-1 S2'皆为正定矩阵。

设A是n级实对称矩阵,证明rank(A)=n的充要条件是:存在实对称矩阵B使AB+B'A是正定矩阵。

设矩阵T=,T以及D可逆,证明(A-BD-1 C)-1存在,并求T-1,其中A,B,C,D为适当维度的矩阵。