Matrici a blocchi: SOLUZIONE

La traccia della matrice A1 è positiva (+ 2) per cui almeno uno dei quattro autovalori di A1 ha parte reale positiva. Il corrispondente sistema è quindi instabile.

Per la seconda matrice il criterio della traccia non fornisce alcuna informazione. La matrice A2 può però essere partizionata nel seguente modo

per cui

Gli autovalori di A2 sono pertanto gli autovalori di A e di B. Ma le matrici A e B sono in forma triangolare, per cui i loro autovalori sono gli elementi sulla diagonale. Poiché uno di questi è positivo (+2) il corrispondente sistema è instabile.

La matrice A3 sarebbe in forma canonica di controllo se sulla sua pseudodiagonale comparissero elementi unitari anziché pari a 2. In altre parole, possiamo scrivere

e la matrice  è in forma canonica di controllo, per cui gli elementi della sua ultima riga letti da destra verso sinistra e cambiati dl segno sono i coefficienti a1, …, a4 del suo polinomio caratteristico.

Poiché questi elementi non sono tutti positivi dal criterio di Hurwitz si deduce che i quattro autovalori di  non hanno tutti parte reale negativa. Poiché gli autovalori di A3 sono doppi di quelli di  ne segue che anche A3 non ha tutti gli autovalori con parte reale negativa, per cui il corrispondente sistema non è asintoticamente stabile.

La matrice A4 può essere partizionata nel modo seguente

per cui

Ma la matrice B può a sua volta essere partizionata come segue

per cui  e quindi, in conclusione,

cioè i sette autovalori della matrice A4 sono i tre autovalori della matrice A, i due autovalori della matrice B1 e i due autovalori della matrice B2. Per quanto riguarda la matrice A, che (a parte una trasposizione) è in forma canonica di controllo, possiamo applicare il criterio di Hurwitz

                   

che afferma quindi che i tre autovalori della matrice A hanno parte reale negativa. La matrice B1 è in forma triangolare per cui i suoi autovalori sano gli elementi della diagonale, che sono negativi (-1 e -2). Infine, gli autovalori della matrice A3 si calcolano immediatamente. Essendo

gli autovalori di A3 sono coincidenti e pari a -1.

I sette autovalori di A4 sono quindi tutti negativi o a parte reale negativa e pertanto il corrispondente sistema lineare è asintoticamente stabile.


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