MatrixExp

MatrixExp[m]

m の指数行列を与える.

MatrixExp[m,v]

m の指数行列をベクトル v に適用したものを返す.

詳細とオプション

  • MatrixExp[mat]は,通常のベキを行列ベキで置き換えた形で指数関数のベキ級数展開を実行する. »
  • MatrixExpは,正方行列に限って機能する.

例題

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  (3)

数値行列の3×3の指数行列:

これは,単に行列の各項の指数ではない:

2×2記号行列の指数行列:

ベクトルに適用された指数関数:

スコープ  (12)

基本的な用法  (7)

機械精度行列の指数行列:

複素行列の指数行列:

厳密行列の指数行列を計算する:

任意精度行列の指数行列:

記号行列の指数行列:

大きい機械精度行列の指数行列計算は効率的である:

単一のベクトルの直接指数行列を適用することは,さらに効率的である:

CenteredInterval行列の指数行列:

m のランダムな代表 mrep を求める:

mexpmrep の指数行列を含むことを確認する:

特殊行列  (5)

疎な行列の指数行列は通常の行列として返される:

結果をフォーマットする:

疎な行列の指数行列を疎なベクトルに直接適用する:

構造化行列の指数行列を計算する:

IdentityMatrixの指数行列:

より一般的に,任意の対角行列の指数行列は対角要素の指数である:

HilbertMatrixの指数行列:

アプリケーション  (5)

平面力場で粒子が動いていて,その位置ベクトル および を満足するとする,ただし,は以下の通りである.のときの初期問題を解く:

この微分方程式の解は である:

DSolveValueを使って解を確かめる:

一階線形微分方程式系:

この系を として の形で書く:

指数行列は一般解の基底を与える:

指数行列をベクトルに適用すると特定の解が得られる:

量子力学では,エネルギー演算子はハミルトニアン と呼ばれる.一定の磁場の 方向へのスピン1の粒子についてのハミルトニアンが与えられたとして,初期状態が を表すである粒子の時点 における状態を求める:

この系はシュレディンガー(Schrödinger)方程式 に従って進化する:

固定された三次元ベクトルについてのクロス積は行列の乗算で表すことができるが,これは回転運動の学習に役立つ.線形演算子 を表す半対称行列を構築する.ただし, 軸の周りの角速度である:

の動作が でクロス積を実行することと同じであることを確認する:

時点 における回転行列は の回転行列掛ける前の行列である:

RotationMatrixを使ってを確認する:

時点0における点は時点 では である:

の速度は で与えられる:

回転軸から までのベクトルは(v(t)xomega)/(TemplateBox[{omega}, Norm]^2)である:

動きと随伴ベクトルを可視化する:

行列 s は格子 x 上の上で周期的な二次導関数を近似する:

格子 x 上でソリトンを表すベクトル:

分割した を使って の解を伝播する:

解とシュレディンガー(Schrödinger)の三次方程式の解からの誤差の10倍をプロットする:

特性と関係  (10)

MatrixExpは,事実上,Expのベキ級数をPowerMatrixPowerで置換して使う:

同様に,MatrixExpExpに適用したMatrixFunctionである:

対角行列の行列指数は対角項が指数化された対角行列である:

m で対角化可能ならexp(m)=TemplateBox[{v}, Inverse].exp(d).v である:

MatrixExp[m]は常に可逆であり,逆行列はMatrixExp[-m]で与えられる:

実半対称行列のMatrixExpは直行行列である:

反エルミート行列のMatrixExpはユニタリ行列である:

エルミート行列のMatrixExpは正定値行列である:

MatrixExpを満足する:

ベキ零行列の行列指数はベキ乗パラメータの多項式である:

がベキ零である(ある について )ことを確認する:

JordanDecompositionから s.exp(j).TemplateBox[{s}, Inverse]として計算できる:

さらに,は優対角におけるによって説明される上三角ブロック以外では零である:

考えられる問題  (1)

大規模疎行列の場合,指数行列の計算には時間がかかることもある:

ベクトルへの適用して計算するとメモリ使用量も少なくはるかに高速である:

結果は基本的に等しい:

おもしろい例題  (1)

Wolfram Research (1991), MatrixExp, Wolfram言語関数, https://reference.wolfram.com/language/ref/MatrixExp.html (2024年に更新).

テキスト

Wolfram Research (1991), MatrixExp, Wolfram言語関数, https://reference.wolfram.com/language/ref/MatrixExp.html (2024年に更新).

CMS

Wolfram Language. 1991. "MatrixExp." Wolfram Language & System Documentation Center. Wolfram Research. Last Modified 2024. https://reference.wolfram.com/language/ref/MatrixExp.html.

APA

Wolfram Language. (1991). MatrixExp. Wolfram Language & System Documentation Center. Retrieved from https://reference.wolfram.com/language/ref/MatrixExp.html

BibTeX

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BibLaTeX

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