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Aufgabenstellung:

Gegeben sind die beiden autonomen Systeme

und

Berechnen Sie die regulären Zustandstransformationen und , die die Systeme und in die Jordansche Normalform transformieren. Geben Sie außerdem die Matrizen und in Jordanscher Normalform an.

Lösungsweg:

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System 1

Die Eigenwerte lassen sich ablesen oder im allgemeinen Fall mit bestimmen:

Die algebraischer Vielfachheit ergibt sich zu:

Die geometrische Vielfachheit ergibt sich zu:

da gilt:

Da die algebraische und geometrische Vielfachheit gleich sind, existieren drei linear unabhängige Eigenvektoren.
Zur Bestimmung der Eigenvektoren müssen die Lösungen der Gleichung

für alle Eigenwerte und zugehörigen geometrischen Vielfachheiten bestimmt werden.

Man erhält somit z.B. die Eigenvektoren

mit .

Bei Wahl von ergibt sich die Transformationsmatrix

Die zugehörige Jordannormalform lautet somit

System 2

Die Eigenwerte lassen sich ablesen (algebaraische Vielfachheit),

Die geometrische Vielfachheit ergibt sich zu:

da gilt:

Somit ist es erforderlich für zusätzlich zu dem Eigenvektor (Hauptvektor 1. Stufe) auch den Hauptvektor 2. Stufe zu bestimmen.

Man erhält somit z.B. die Eigenvektoren

und die zugehörige Transformationsmatrix

Es folgt die Jordansche Normalform von ,

Lösung:

und