Resultados del cálculo
¿Qué es la forma canónica de Jordan?
The Jordan Canonical Form (JCF), also called the Jordan Normal Form, is a special block-diagonal matrix similar to a given matrix. It expresses a matrix in terms of its eigenvalues and generalized eigenvectors. When a matrix cannot be fully diagonalized, its Jordan form contains Jordan blocks.
Definición de un bloque de Jordan
A Jordan block of size n × n associated with eigenvalue λ is:
$$ J(\lambda)= \begin{pmatrix} \lambda & 1 & & 0 \\ & \lambda & 1 & \\ & & \ddots & 1\\ 0 & & & \lambda \end{pmatrix} $$The full Jordan form of a matrix \(A\) is defined as:
$$ J = P^{-1}AP $$where \(P\) is formed from eigenvectors and generalized eigenvectors.
Pasos para calcular la forma de Jordan
- Halla los autovalores y sus multiplicidades algebraicas.
- Determina las multiplicidades geométricas (número de autovectores independientes).
- Determina el número y los tamaños de los bloques de Jordan.
- Calcula autovectores generalizados si la matriz no es diagonalizable.
- Build matrix \(P\) and compute \(J = P^{-1}AP\).
Ejemplo 1: una matriz diagonalizable
Dado:
$$ A= \begin{pmatrix} 2 & 0 \\ 0 & 3 \end{pmatrix} $$Eigenvalues are 2 and 3. Each has algebraic multiplicity = geometric multiplicity = 1. Thus, the Jordan form is simply:
$$ J= \begin{pmatrix} 2 & 0 \\ 0 & 3 \end{pmatrix} $$Ejemplo 2: una matriz no diagonalizable
Dado:
$$ A= \begin{pmatrix} 4 & 1 \\ 0 & 4 \end{pmatrix} $$Eigenvalue λ = 4 with algebraic multiplicity 2, but only one eigenvector exists (geometric multiplicity 1). Thus, the matrix is not diagonalizable. Its Jordan form is:
$$ J= \begin{pmatrix} 4 & 1 \\ 0 & 4 \end{pmatrix} $$Common Mistakes to Avoid
| Suposición incorrecta | Comprensión correcta |
|---|---|
| Los autovalores repetidos siempre significan múltiples bloques. | Número de bloques = multiplicidad geométrica. |
| El tamaño del bloque es igual a la multiplicidad geométrica. | El tamaño del bloque depende de la multiplicidad algebraica y de la estructura. |
| Solo hallar autovectores estándar. | Must find generalized eigenvectors if not diagonalizable. |
| Todas las matrices son diagonalizables. | Only when algebraic = geometric multiplicity for each eigenvalue. |
Ejercicios de práctica: calcula la forma de Jordan
Los ejercicios siguientes requieren calcular la forma canónica de Jordan de cada matriz. Haz clic en "Mostrar respuesta" para ver la solución.
Ejercicio 1:
$$ A = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 0 & 2 \end{pmatrix} $$Mostrar respuesta
Eigenvalue: λ = 2 (algebraic multiplicity 2, geometric multiplicity 1)
Jordan form:
$$
J = \begin{pmatrix}
2 & 1 \\
0 & 2
\end{pmatrix}
$$
Ejercicio 2:
$$ A = \begin{pmatrix} 3 & 0 & 0\\ 0 & 3 & 1\\ 0 & 0 & 3 \end{pmatrix} $$Mostrar respuesta
Eigenvalue: λ = 3 (algebraic multiplicity 3, geometric multiplicity 2)
Jordan form:
$$
J = \begin{pmatrix}
3 & 1 & 0\\
0 & 3 & 0\\
0 & 0 & 3
\end{pmatrix}
$$
Ejercicio 3:
$$ A = \begin{pmatrix} 4 & 1 & 0\\ 0 & 4 & 1\\ 0 & 0 & 4 \end{pmatrix} $$Mostrar respuesta
Eigenvalue: λ = 4 (algebraic multiplicity 3, geometric multiplicity 1)
Jordan form:
$$
J = \begin{pmatrix}
4 & 1 & 0\\
0 & 4 & 1\\
0 & 0 & 4
\end{pmatrix}
$$
Ejercicio 4:
$$ A = \begin{pmatrix} 5 & 0 & 0 & 0\\ 0 & 5 & 1 & 0\\ 0 & 0 & 5 & 0\\ 0 & 0 & 0 & 6 \end{pmatrix} $$Mostrar respuesta
Eigenvalues: λ = 5 (algebraic multiplicity 3, geometric multiplicity 2), λ = 6 (algebraic multiplicity 1)
Jordan form:
$$
J = \begin{pmatrix}
5 & 1 & 0 & 0\\
0 & 5 & 0 & 0\\
0 & 0 & 5 & 0\\
0 & 0 & 0 & 6
\end{pmatrix}
$$
La forma de Jordan se entiende mejor después de explorar la multiplicación de matrices, la matriz inversa y el rango de una matriz.