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反对称矩阵$A$ 微分方程$u'(t)=A\bf u$

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hbghlyj 发表于 2023-6-8 04:55 |阅读模式
6.3 #14.a Introduction to Linear Algebra: Strang
反对称矩阵$A^T = −A$
微分方程
$$\frac{d \mathbf{u}}{d t}=\left[\begin{array}{rrr}0 & c & -b \\ -c & 0 & a \\ b & -a & 0\end{array}\right] \mathbf{u}$$
即\begin{array}{l}u_{1}^{\prime}=c u_{2}-b u_{3} \\ u_{2}^{\prime}=a u_{3}-c u_{1} \\ u_{3}^{\prime}=b u_{1}-a u_{2}\end{array}这道题证明了$\|𝐮(t)\|^2=\|𝐮(0)\|^2$, 接下来如何解这个微分方程$𝐮'(t)=A\bf u$

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 楼主| hbghlyj 发表于 2023-6-8 04:58
本帖最后由 hbghlyj 于 2023-6-8 10:37 编辑

下面假定$a^2+b^2+c^2=1$
Output:\begin{align*}u_{1}\left(t\right) &= a^{2} u_{1}\left(0\right) + a b u_{2}\left(0\right) + c a u_{3}\left(0\right) - {\left(a^{2} u_{1}\left(0\right) + a b u_{2}\left(0\right) + c a u_{3}\left(0\right) - u_{1}\left(0\right)\right)} \cos\left(t\right)+{\left(c u_{2}\left(0\right)-b u_{3}\left(0\right)\right)} \sin\left(t\right)\\ u_{2}\left(t\right) &= a b u_{1}\left(0\right) + b^{2} u_{2}\left(0\right) + c b u_{3}\left(0\right) - {\left(a b u_{1}\left(0\right) + b^{2} u_{2}\left(0\right) + c b u_{3}\left(0\right) - u_{2}\left(0\right)\right)} \cos\left(t\right) + {\left(a u_{3}\left(0\right) - c u_{1}\left(0\right)\right)} \sin\left(t\right)\\ u_{3}\left(t\right) &= ca u_{1}\left(0\right) + bc u_{2}\left(0\right)+c^{2} u_{3}\left(0\right) - \left(ca u_{1}\left(0\right) + bc u_{2}\left(0\right)+c^{2} u_{3}\left(0\right)-u_{3}\left(0\right)\right) \cos\left(t\right) + {\left(b u_{1}\left(0\right) - a u_{2}\left(0\right)\right)} \sin\left(t\right)\end{align*}

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Czhang271828 发表于 2023-6-8 15:54
一般用 Jordan 分解做. 这里也可以直接观察到\[[au_1+bu_2+cu_3]'=0,\]然后换元.

手机版|悠闲数学娱乐论坛(第3版)

GMT+8, 2025-3-4 12:13

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