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Low-Rank Updates Of Matrix Functions Ii: Rational Krylov Methods

Résumé

This work develops novel rational Krylov methods for updating a large-scale matrix function f(A) when A is subject to low-rank modifications. It extends our previous work in this context on polynomial Krylov methods, for which we present a simplified convergence analysis. For the rational case, our convergence analysis is based on an exactness result that is connected to work by Bernstein and Van Loan on rank-one updates of rational matrix functions. We demonstrate the usefulness of the derived error bounds for guiding the choice of poles in the rational Krylov method for the exponential function and Markov functions. Low-rank updates of the matrix sign function require additional attention; we develop and analyze a combination of our methods with a squaring trick for this purpose. A curious connection between such updates and existing rational Krylov subspace methods for Sylvester matrix equations is pointed out.

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Concepts associés (32)
Matrice (mathématiques)
thumb|upright=1.5 En mathématiques, les matrices sont des tableaux d'éléments (nombres, caractères) qui servent à interpréter en termes calculatoires, et donc opérationnels, les résultats théoriques de l'algèbre linéaire et même de l'algèbre bilinéaire. Toutes les disciplines étudiant des phénomènes linéaires utilisent les matrices. Quant aux phénomènes non linéaires, on en donne souvent des approximations linéaires, comme en optique géométrique avec les approximations de Gauss.
Décomposition d'une matrice en éléments propres
En algèbre linéaire, la décomposition d'une matrice en éléments propres est la factorisation de la matrice en une forme canonique où les coefficients matriciels sont obtenus à partir des valeurs propres et des vecteurs propres. Un vecteur non nul v à N lignes est un vecteur propre d'une matrice carrée A à N lignes et N colonnes si et seulement si il existe un scalaire λ tel que : où λ est appelé valeur propre associée à v. Cette dernière équation est appelée « équation aux valeurs propres ».
Exponentielle d'une matrice
En mathématiques, et plus particulièrement en analyse, l'exponentielle d'une matrice est une fonction généralisant la fonction exponentielle aux matrices et aux endomorphismes par le calcul fonctionnel. Elle fait en particulier le pont entre un groupe de Lie et son algèbre de Lie. Pour n = 1, on retrouve la définition de l'exponentielle complexe. Sauf indication contraire, X, Y désignent des matrices n × n complexes (à coefficients complexes).
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Algèbre Linéaire (Partie 1)
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