微分方程
引入
指数为矩阵的运算:
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首先,这种运算预我们平常所理解的e指数并不相同。一般意义下的指数含义为:
指数是幂运算的重要组成部分,代表着将底数自乘指数次的运算。
然而在此处,则需要结合另一种东西。在微积分中我们都学习过泰勒级数:
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那么同样,其中的$x$可以是复数或矩阵。因此,我们同样可以用级数的方式来计算矩阵指数。但在此之前,我们可以先看一点有趣的东西。
虐恋心理学
甄嬛爱四郎的程度是$x$,四郎爱甄嬛的程度是$y$。众所周知,如果皇帝能够一直爱着甄嬛,那么初入宫时单纯的甄嬛就会被皇帝给迷惑,越来越爱她的四郎。
那么此时甄嬛对四郎的爱意就是:
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而四郎喜欢拉扯,爱他的女人他不爱,不爱他的女人他偏要贴上去 (指叶澜依) 因此,他对甄嬛的爱意应该是:
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那么我们就可以得到一个微分方程组,用以描述二人情感的纠葛。如果要形象地描述,我们将$(x,y)$整合到坐标系中,用一个向量来表示他们的情感状态:
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为方便表示,我们用$y’(t)$表示$\frac{dy}{dt}$,我们可以发现:
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整理一下也就是:
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这就是一个简单的微分方程。
如果将这里的矢量函数换成简单的标量函数,即将$\vec{v}(t)$替换为$f(x)$此时我们就能发现,这个方程的形式就会变为:
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眼熟吗?如果实在想不起来,请回忆一下指数函数的求导:
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所以此处$f(x)=e^{Cx}$就是解的形式。
那么带进去我们就能够得到那个虐恋方程组的解的形式之一:
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但其中的矩阵$M$依然是未知的,因此我们需要进一步去求解。但只看着这个题目我们无从下手,此时我们就可以后头看我们之前得到的形式中的矩阵: