Exponentieren einer Matrix?!

Von: , Frage gestellt am Mi, 23. Feb 2005

Hallo, vieleicht kann ja jemand helfen: es geht um ein Exponentialproblem, die Matrizen sind 3x3, die Vektoren 3er. Folg. Gleichung:
Matrix A * Vektor a = Matrix B * Vektor b; wenn man nun diese GL exponentieren möchte, wie geht das?
Exp[Matrix A]* Vektor a = Exp[Matrix B]* Vektor b, also, dass sich nur die Matrizen exponentieren oder geht es so:
Exp[Martix A * Vektor a] = Exp[Matrix B * Vektor b].
Geht folgendes:
Skalar c * Vektor a = Matrix B * Vektor b , nach exponentieren->
Exp[Skalar]* Vektor = Exp[Matrix] * Vektor oder auch wieder
Exp[Skalar* Vektor] = Exp[Matrix * Vektor]
recht vielen Dank für die Antworten :)

9 Antworten zu dieser Frage

    • Antwort von nach 20 Stunden 0 hilfreich
      Re^2: Exponieren einer Matrix?!

      Hi, danke, das werde ich mir erstmal ansehen :). [Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

  1. Antwort von nach 2 Stunden 0 hilfreich
    Re: Exponentieren einer Matrix?!

    Hallo franzo,

    man kann Objekte erst dann exponentieren, wenn man sie überhaupt in
    eine Potenz erheben kann. Die Exponentialfunktion wird grundsätzlich über ihre Taylorreihe definiert. Also:

    exp X = Summe von k=0 bis unendlich ( X^k / k! )

    Dabei ist erstmal egal, was X ist (Zahl, Matrix, Weinflasche etc.)
    Man setzt erstmal voraus, daß man X^2, X^3 etc. erklären kann. Das
    nächste ist dann, ob diese Summe irgendwie konvergent ist (aber das tut jetzt hier schon gar nicht mehr zur Sache). Matrix A * Vektor a = Matrix B * Vektor b
    Diese Gleichung ist - wenn ich mal von "normalen" Matrizen+Vektoren
    ausgehe - eine Gleichung zwischen Vektoren. A*a ist ein Vektor,
    B*b ist ein weiterer Vektor, und die Gleichung besagt, daß diese beiden Vektoren gleich sind. Soweit okay.

    Aber diese Gleichung kann man nicht exponentieren, weil es darauf hinausliefe, exp v zu berechnen, die Exponentialfunktion eines Vektors v. Das heißt wiederum, man muß erklären, was v^2, v^3 etc. ist. Und es gibt kein vernünftiges Produkt für Vektoren (das traditionelle Vektorprodukt ist unpraktisch: v^2 = v x v = 0 !).

    Man kann eine weitere Gleichung hinschreiben, nämlich Deinen ersten
    Vorschlag: Exp[Matrix A]* Vektor a = Exp[Matrix B]* Vektor b
    aber diese Gleichung ist eine andere Aussage als die ursprüngliche.

    In den anderen zwei Vorschlägen werden Vektoren exponentiiert, was keinen Sinn ergibt.

    Gruß
    Stefan

    • Antwort von nach 20 Stunden 0 hilfreich
      Re^2: Exponentieren einer Matrix?!

      Hallo Stefan,
      danke für deine schöne Erklärung! Aber nochmal konkret:
      wenn man hat:
      1) Matrix A * Vektor a = Matrix B * Vektor a (beachte a, Die Matrizen A und B ist eine Summe von 2 Mat), und will am Ende da stehen haben:
      2) Exp[A]* Vektor a = Exp[B]* Vektor a
      (den diese Form brauche ich am Schluss), dann geht das, oder? Man kann doch sagen: Gl 1) wird von rechts mit dem orthogonalen a (ist nicht der Null-vektor)multipliziert, dann ergibt den Einsvektor, dann A und B exponieren, geht doch oder??
      danke & gruSS [Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

      • Antwort von nach 23 Stunden 0 hilfreich
        Re^3: Exponentieren einer Matrix?!

        Hallo franzo,

        geht alles nicht...sorry.

        was ist ein Eins-Vektor? Daß es keinen "Einsvektor" gibt, ist das Problem.



        Hallo Stefan,
        danke für deine schöne Erklärung! Aber nochmal konkret:
        wenn man hat:
        1) Matrix A * Vektor a = Matrix B * Vektor a (beachte a,
        habe ich gesehen! :-) Die
        Matrizen A und B ist eine Summe von 2 Mat)
        verstehe ich nicht. und will am Ende
        da stehen haben:
        2) Exp[A]* Vektor a = Exp[B]* Vektor a
        (den diese Form brauche ich am Schluss)
        Diese Form kriegst Du nur hin, wenn A = B ist. Und A = B kann
        z.B. daraus folgen, daß A*a = B*a für alle beliebige Vektoren a gilt.
        (Ich weiß aber nicht, ob Dein a oben ein ganz bestimmter Vektor ist)


        Stefan

        • Antwort von nach einem Tag 0 hilfreich
          Re^4: Exponentieren einer Matrix?!

          Hallo Stephan,
          eigendlich heisst die AusgangsGL(I ist die Einsmatrix, u ist ein skalar, a ist ein Vektor (3er), A,B sind 3x3 Natrizen):
          (uI-A)*a=B*a
          Ich brauche am Ende die Form:
          Exp[uI-A]*a = Exp[B]*a, dann will ich, weil I und A vertauschen, schreiben:
          Exp[uI]*Exp[-A]*a = Exp[B]*a, mit Lagrange Interpolationspolynomen die Ersatzmatrizen von A,B berechnen.
          Kann man nicht folg. machen: einen passenden (b)Vektor mit a von rechts multipl., so dass b*a=1 wird, dann geht das exponentieren der Martizen... .
          gruss und danke
          kannst du mir deine emailadresee mitteitteilen?







          Hallo franzo,
          geht alles nicht...sorry.

          was ist ein Eins-Vektor? Daß es keinen "Einsvektor" gibt, ist
          das Problem.



          Hallo Stefan,
          danke für deine schöne Erklärung! Aber nochmal konkret:
          wenn man hat:
          1) Matrix A * Vektor a = Matrix B * Vektor a (beachte a,
          habe ich gesehen! :-) Die
          Matrizen A und B ist eine Summe von 2 Mat)
          verstehe ich nicht. und will am Ende
          da stehen haben:
          2) Exp[A]* Vektor a = Exp[B]* Vektor a
          (den diese Form brauche ich am Schluss)
          Diese Form kriegst Du nur hin, wenn A = B ist. Und A = B kann
          z.B. daraus folgen, daß A*a = B*a für alle beliebige Vektoren
          a gilt.
          (Ich weiß aber nicht, ob Dein a oben ein ganz bestimmter
          Vektor ist)


          Stefan

          • Antwort von nach 2 Tagen 0 hilfreich
            Re^5: Exponentieren einer Matrix?!

            Hallo franzo, Kann man nicht folg. machen: einen passenden (b)Vektor mit a
            von rechts multipl., so dass b*a=1 wird
            Was für ein Produkt ist das * ? Skalarprodukt, Vektorprodukt,...?

            Und wie genau manipulierst Du die Matrixgleichung, wenn Du diesen Vektor b hast?

            Der Teufel steckt im Detail!

            Stefan

            • Antwort von nach 2 Tagen 0 hilfreich
              Re^6: Exponentieren einer Matrix?!

              Hi,
              das * ist eine skalare Multiplikation.
              ich dachte, entweder die GL durch Vektor u teilen oder ihn mit einem orhtogonalen Vektor b skalar multip. geht dsa?
              guten gruss





              Hallo franzo, Kann man nicht folg. machen: einen passenden (b)Vektor mit a
              von rechts multipl., so dass b*a=1 wird
              Was für ein Produkt ist das * ? Skalarprodukt,
              Vektorprodukt,...?

              Und wie genau manipulierst Du die Matrixgleichung, wenn Du
              diesen Vektor b hast?

              Der Teufel steckt im Detail!

              Stefan

            • Antwort von nach 2 Tagen 0 hilfreich
              Re^7: Exponentieren einer Matrix?!

              Hi,
              das * ist eine skalare Multiplikation.
              ich dachte, entweder die GL durch Vektor u teilen
              Das geht nicht.
              Teil mir mal z.B. den Vektor ( 1 2 2 ) durch ( 0 0 3 ). Was kommt
              da heraus? der ihn mit
              einem orhtogonalen Vektor b skalar multip. geht dsa?
              Das geht, aber führt nicht zum gewünschten Ergebnis. Denn
              bei (A*a)*b ist der erste * eine Multiplikation "Matrix mal Vektor",
              die einen Vektor ergibt, der zweite * eine Multiplikation "Vektor mal Vektor", die eine Zahl ergibt ("Skalarprodukt").

              Was nicht geht, ist Umklammern (was Du offenbar vorhast): A*(a*b).
              Das ergibt keinen Sinn, da a*b eine Zahl ist, und A folglich mit einer
              Zahl multipliziert werden soll, aber(!!!) mit dem Matrix-Vektor-Produkt.

              Abgesehen davon, daß das Skalarprodukt orthogonaler Vektoren Null ergibt (und nicht Eins).

              Stefan

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