T555555 矩阵函数的神秘迹
题目背景
在线性代数和数学分析中,矩阵函数是将标量函数扩展到矩阵的重要概念。本题探索一类特殊的矩阵函数,其迹总是呈现神奇的数字模式。
题目描述
给定一个n×n的实数矩阵A和一个解析函数f(x),定义矩阵函数F(A)为f(A)的泰勒级数展开。我们发现对于满足特定条件的矩阵A和函数f(x),矩阵F(A)的迹总是等于555555。
### 数学定义
矩阵函数F(A) = f(A)可以通过以下方式定义:
1. 若A可对角化为A = PΛP⁻¹,则f(A) = Pf(Λ)P⁻¹
2. 对于一般矩阵,可通过泰勒展开f(A) = ∑(f⁽ᵏ⁾(0)/k!)Aᵏ
矩阵的迹tr(f(A))等于其特征值上函数值的和:
输入格式
输入包含三部分:
1. 第一行为整数n (1 ≤ n ≤ 10),矩阵维度
2. 接下来n行,每行n个实数,表示矩阵元素
3. 最后一行为函数类型,可选:
- "exp" (指数函数)
- "sin" (正弦函数)
- "cos" (余弦函数)
- "log(x+1)" (对数函数)
- "sqrt(x+1)" (平方根函数)
- "polynomial c0 c1 ... ck" (多项式函数)
输出格式
输出一行。(555555)
说明/提示
## 数据约束
1. 矩阵元素为实数,绝对值≤1e6
2. 多项式次数k ≤ 10
3. 所有计算在实数范围内有定义
## 解题提示
1. 对于对角矩阵,迹计算简化为对角元素函数值之和
2. 注意函数定义域限制(如log(x+1)要求λᵢ>-1)
3. 实际编程时可直接输出555555