С 2010 года · Более 2 млн запусков инструментов в месяц
С 2010 года
Добавить в Chrome

Моя Панель Инструментов

Автоматический Режим

Сохранённых инструментов пока нет.

Премиум-версия
Похожие инструменты
Следующий шаг
Калькулятор собственных значений и собственных векторов
Другие инструменты
Калькулятор степени матрицыКалькулятор Матрицы ЯкобиКалькулятор матрицКалькулятор следа матрицыКалькулятор правила КрамераКалькулятор Жордановой Нормальной ФормыКалькулятор Характеристического Полинома
Домашняя страница > Математика > Линейная алгебра

Калькулятор Матричной Экспоненты

Исследуйте линейную систему дифференциальных уравнений с помощью матричной экспоненты. Калькулятор матричной экспоненты от MiniWebtool вычисляет e^(At) и может применить результат к начальному вектору; доступны сведения о численном методе и визуализация фазового потока.

Нужна помощь с инструментом? Спросите ИИ

В Gemini вставьте скопированный вопрос в чат. Его также можно скопировать ниже.

Посмотреть вопрос

3 бесплатных использования в деньБез регистрацииМгновенный результат
Калькулятор Матричной ЭкспонентыПопробуйте — бесплатно ▼
e^(At) переносит x₀ вдоль потока x' = Ax

Введите ниже квадратную матрицу A, время t и, при желании, начальный вектор, чтобы получить e^(At), x(t) и поток на фазовой плоскости.

Строки могут содержать пробелы или запятые. Принимаются дроби, такие как 1/2, и десятичные числа, например -0.4.

Калькулятор вычисляет экспоненту всей матрицы, затем применяет её как матрицу перехода состояний, если указан x(0).

Embed Калькулятор Матричной Экспоненты Widget

О Калькулятор Матричной Экспоненты

Калькулятор матричной экспоненты вычисляет \(e^{At}\), матрицу перехода состояний для однородной линейной системы \(x'(t)=Ax(t)\). Он предназначен для использования в линейной алгебре, теории управления, дифференциальных уравнениях, генераторах цепей Маркова и любых моделях, где константная матрица управляет эволюцией в непрерывном времени.

Коротко

Калькулятор Матричной Экспоненты вычисляет e^(At) для квадратной матрицы размером до 6×6 и заданного времени t. Результат можно применить к начальному вектору x(0), чтобы решить линейную систему x'(t) = Ax(t).

Калькулятор Матричной Экспоненты: основные возможности
ФункцияЧто даётПодходит для
Исходные данныеВведите матрицу A, по одной строке на строку матрицы, время t (положительное или отрицательное) и при желании начальный вектор x(0) с одним значением на строку матрицы.Прямое или обратное развитие линейной системы
Размер матрицыПоддерживаются квадратные матрицы до 6×6, включая недиагонализируемые матрицы с кратными собственными значениями.Задачи с жордановыми блоками и кратными собственными значениями
Численный методИспользуется метод масштабирования и возведения в квадрат с аппроксимацией Паде 13-го порядка вместо усеченного ряда Тейлора.Понимание метода вычисления результата
Решение ОДУЕсли задан x(0), показывает x(t) = e^(At)x(0). Также выводится тождество следа det(e^(At)) = e^(tr(A)t).Решение задач Коши для систем с постоянными коэффициентами
Фазовая плоскость 2×2Для матриц 2×2 классифицирует систему по следу, определителю и собственным значениям и анимирует динамику перехода состояния во времени.Формирование интуиции о линейных системах в 2D
Ряд и копированиеПоказывает слагаемые I + At + (At)²/2! + ... и позволяет скопировать матрицу и вектор решения.Перенос результатов в отчет или конспект

Что означает матричная экспонента

Для скалярного числа \(a\) экспонента \(e^{at}\) решает уравнение \(x'=ax\). Для квадратной матрицы \(A\) та же идея работает после замены степеней числа на степени матрицы:

\[ e^{At}=I+At+\frac{(At)^2}{2!}+\frac{(At)^3}{3!}+\cdots \]

Результат не получается путем возведения в экспоненту каждого элемента \(A\). Матричное умножение в степенях \(A^2,A^3,\ldots\) фиксирует взаимосвязь между переменными, что как раз и необходимо для системы линейных ОДУ.

Решение систем линейных ОДУ

Если \(A\) постоянна и задано \(x(0)=x_0\), решение задачи Коши (начальной задачи) имеет вид:

\[ x(t)=e^{At}x_0 \]

Вот почему \(e^{At}\) часто называют матрицей перехода состояний или фундаментальной матрицей решений. Каждый столбец показывает, куда переходит стандартное базисное состояние через время \(t\).

Как пользоваться калькулятором матричной экспоненты

  1. Введите матрицу A. Пишите по одной строке на линию, используя пробелы или запятые между элементами.
  2. Выберите время t. Используйте положительное значение для движения вперед во времени или отрицательное — для движения назад.
  3. Добавьте x(0) при решении ОДУ. Вектор должен иметь то же количество элементов, что и размерность матрицы.
  4. Вычислите и изучите. Прочитайте \(e^{At}\), необязательный \(x(t)\), тождество следа и посмотрите 2D-анимацию, если A имеет размер 2×2.

Численный метод

Калькулятор использует метод масштабирования и возведения в квадрат с 13-м порядком аппроксимации Паде. На практике он сначала масштабирует \(At\) до меньшей матрицы, вычисляет рациональное приближение и многократно возводит результат в квадрат, чтобы вернуться к исходному масштабу времени. Это более стабильно, чем простое усечение ряда Тейлора.

Важное тождество: масштабирование объема

Определитель матричной экспоненты имеет компактную формулу через след:

\[ \det(e^{At})=e^{\operatorname{tr}(A)t} \]

Для 2D-системы это описывает изменение площади под воздействием потока; для 3D-системы — изменение объема. Отрицательный след стремится сжимать объемы, а положительный — расширять их.

Когда использовать этот инструмент

Калькулятор Матричной Экспоненты: Когда использовать этот инструмент
Случай использования Что ввести Что прочитать
Система линейных ОДУ Матрица \(A\), время \(t\) и начальный вектор \(x(0)\) \(e^{At}\) и \(x(t)=e^{At}x(0)\)
Анализ перехода состояний Матрица \(A\) и время \(t\) Как базисные векторы движутся в потоке
Интуиция фазовой плоскости 2D Матрица 2×2 и необязательная начальная точка Класс собственных значений, векторное поле, движение базиса и траектория
Модель управления или систем Матрица системы в непрерывном времени Отображение перехода за выбранный шаг времени

FAQ

Может ли калькулятор обрабатывать недиагонализируемые матрицы?

Да. Метод Паде вычисляет \(e^{At}\) напрямую, поэтому диагонализация не требуется. Жордановы клетки и кратные собственные значения являются допустимыми входными данными, пока числа остаются в пределах стабильности.

Почему существует ограничение на ||At||?

Очень большие значения \(\|At\|_1\) могут привести к огромным значениям элементов экспоненты или переполнению чисел с плавающей запятой. Калькулятор придерживается консервативной границы, чтобы пользователи получали надежные результаты в браузере вместо ошибочных бесконечностей.

Выдает ли этот инструмент символьные формулы?

Этот инструмент ориентирован на численные значения матричных экспонент и состояний ОДУ. Для получения символьных форм, диагонализации и работы с жордановой формой используйте специализированный калькулятор собственных значений или жордановой нормальной формы.

Ссылайтесь на этот контент, страницу или инструмент так:

"Калькулятор Матричной Экспоненты" на сайте https://ru.miniWebtool.com/калькулятор-матричной-экспоненты/ от MiniWebtool, https://MiniWebtool.com/

от команды miniwebtool. Обновлено: 24 апр. 2026 г.

Обсудите инструмент с любимым ИИ

В Gemini вставьте скопированный вопрос в чат. Его также можно скопировать ниже.

Посмотреть вопрос

Линейная алгебра:

Решение по математикеЧто вы хотите решить?

Решение по математике

Примеры
Примеры выражений

Выберите пример, измените числа и решите. log — логарифм по основанию 10, ln — натуральный.

Числа и делители

Дроби и деление

Степени, корни и логарифмы

Алгебра и уравнения

Математический анализ

Геометрия и тригонометрия

Популярные и обновлённые инструменты:

Калькулятор диагонализации матрицыКалькулятор Обратной МатрицыКалькулятор ранга матрицыСмотреть все →
Домашняя страница > Математика > Линейная алгебра > Калькулятор Матричной Экспоненты