Geschlossene Formel für lineare Rekursion

Aufrufe: 1352     Aktiv: 12.10.2020 um 12:17

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Hallo, 
Ich habe eine Aufgabe und eine Musterlösung, bei der ich jedoch bereits den Anfang nicht verstehe. Die Aufgabe lautet wie folgt:

und die Musterlösung beginnt folgendermaßen:

Ich verstehe nicht wie man auf diese Matrizenform kommt. Also wofür stehen die einzelnen Zahlen in
(01)
(12) ? Gibt es eine allgemeine Formel zur Erstellung dieser Matrizenform?

Ich weiß, dass man geschlossene Formeln auch anders finden kann, wir sollen aber dieses Shema verwenden, darum wäre es cool wenn mir jemand erklären könnte wie man zur Musterlösung kommt.

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Du kennst vielleicht den Weg über das char. Polynom: Unsere Rekursion \(x_{n+1}-2\,x_n-x_{n-1}=0\) hat das char. Polynom \(\lambda^2-2\lambda-1\). Dann sucht man dessen Nullstellen \(\lambda_1,\lambda_2\) und die Rekursion ist dann (wenn die Nullstellen reell und verschieden sind) \(x_n=c_1\lambda_1^n+c_2\lambda_2^n\).

Nun zu der Matrix: aufgesplittet lautet die Matrizengleichung: \(x_1=x_1\) (gegen diese Gleichung kann man wirklich nichts sagen ;-)) und \(x_2=x_0+2x_1\), das ist unsere Rekursionsformel. Die eindimensionale zweigliedrige Rekursionsformel ist damit umgeschrieben in eine zweidimensionale eingliedrige Rekursionsformel. Allgemein lautet die Matrix bei der Rekursionsformel \(x_{n+1}=a\,x_{n-1}+b\,x_n\) also \(A=\begin{pmatrix} 0 & 1\\ a & b\end{pmatrix}\). Im weiteren geht es um die Eigenwerte von \(A\), die Nullstellen des char. Polynoms von \(A\). Und nun die Verbindung der beiden Methoden: Das char. Polynom der Rekursionsformel ist identisch mit dem char. Polynom von \(A\). D.h. die Eigenwerte von \(A\) sind genau die \(\lambda_1,\lambda_2\) aus der anderen Methode. Und diese beiden Werte stehen in der Diagonalen der D-Matrix.

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Heißt hätte ich die folgende Gleichung: Xn = aXn-2 + bXn-1
würde gelten:
(Xn+1) (a b) ( Xn )
( Xn ) = (0 1) * (Xn-1)

Ich will nur sicher gehen, dass ich es richtig verstanden habe.
  ─   ellyonjune 12.10.2020 um 11:11

Ach, also 1 und 0 vertauschen
(Xn+1) (a b) ( Xn )
( Xn ) = (1 0) * (Xn-1)
richtig?
  ─   ellyonjune 12.10.2020 um 12:05

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