- 漸化式
an+1=3an-bn+2 a1=1
bn+1=4an-2bn+4 b1=1
すなわち
を解きたい。
- まず、
に対して、Anを求める。
- 「固有値」、「固有ベクトル」を求める。
すなわち
このような列ベクトル(x,y)が存在する必要十分条件は、(A-kE)が逆行列をもたない(非正則である)ことである。
(3-k)(-2-k)-(-1)4=0
(k-3)(k+2)+4=0
k2-k-2=0
(k-2)(k+1)=0
k=2,-1 (固有値)
- k1=2に対して、
すなわち、
x1-y1=0
これをみたすx1,y1は無数に存在するが、それらのうち、
とする。
- k2=-1に対して、
すなわち、
4x2-y2=0
これをみたすx2,y2は無数に存在するが、それらのうち、
とする。
- したがって、
すなわち、
行列P,Bを以下のように定めると、
AP=PB
ここに、固有ベクトル(x1,y1),(x2,y2)は、互いに1次独立であるから、Pは逆行列P-1をもつ。
A=PBP-1
したがって、
An=PBnP-1
ここで、対角行列Bのn乗は容易に計算できて、
- 具体的に計算すると、
であるから、
- 次に、
- 任意の2次元ベクトルは、1次独立な2個のベクトルの1次結合として一意的に表現できること
- 異なる2個の固有値に対応する固有ベクトルは互いに1次独立であること
から、
をみたす(u,v)を一組、定めることができる。
u+v=2
u+4v=4
u=4/3 v=2/3
- 与えられた漸化式は、
と書けることになるから、これを次のように変形できれば、
次のように、一般項が得られるであろう。
そこで、このような定数s,tを定めよう。
であるから、
したがって、
s(1-k1)=u t(1-k2)=v
- 具体的に計算すると、
(a1,b1)=(1,1) (k1,k1)=(2,-1) (x1,y1)=(1,1) (x2,y2)=(1,4)
u=4/3 v=2/3
であるから、
- ここでは、「一般解」を得る方法を考えたが、実用的には、単に係数比較を行うだけで、解くことが出来る。
つまり、次のように列ベクトル(p,q)を仮定して、
これを、
と比較し、
2p-q=-2
4p-3q=-4
すなわち、
こうして、同じ結果が得られる。