背景 EditToHeaderToFooter

数学では「特性方程式」という言葉が次の異なる分野で登場する:

  • (高校)数列:数列の漸近式を解くのに使われる。
  • (大学)微分:微分の方程式を解くのに使われる。
  • (大学)行列:行列の固有値を求める際に出くわす。

これらは互いに繋がってはいる。
しかし別々に学ぶためか、繋がるように説明されない場合が多い。
数列を学ぶときは、微分も行列も知らないから仕方ないとして、
微分は微分、行列は行列と、わざわざ数列と比較することは少ない。

実際問題として、数列では特性方程式を手段として覚えさせるも、
なぜ上手く行くかについての説明が不十分で、再利用し難いのもある。
$$ a_n $$$$ a_{n+1} $$$$ \alpha $$と置いて解くのを覚えろ」は解法しか教えてないから論外として、
「等比数列の漸化式に変形する」説明もまだ具体的で比較すべき本質に遠い。

数列さえ線形演算子で見れば3つの特性方程式が簡単に繋がる。
微分方程式は線形常微分方程式に限られるし、行列は言わずも線形である。

各論 EditToHeaderToFooter

行列の線形漸化式と特性方程式による解法 EditToHeaderToFooter

1次線形漸化式 EditToHeaderToFooter

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