Volker Mehrmann

This self-contained textbook, now in a thoroughly revised and expanded second edition, takes a matrix-oriented approach to Linear Algebra. It presents a complete theory, including all details and proofs, culminating in the Jordan canonical form and its derivation. Throughout, the book emphasizes the practical applicability of results. It therefore also covers special topics in Applied Linear Algebra, such as matrix functions, the singular value decomposition, the Kronecker product, and linear matrix equations. New to this edition are topics such as the Frobenius canonical form and a more detailed treatment of infinite-dimensional vector spaces, along with many additional exercises. The book’s matrix-oriented approach enhances intuition and simplifies abstract concepts, making them easier to understand and to apply in real-world scenarios. Key applications are illustrated through detailed examples. Additionally, several "MATLAB Minutes" allow students to explore concepts and results through computational experiments, supported by a brief introduction to MATLAB fundamentals. Together with over 380 exercises, this encourages active engagement with the material.

This book concerns matrix nearness problems in the framework of spectral optimization. It addresses some current research directions in spectral-based stability studies for differential equations, with material on ordinary differential equations (ODEs), differential algebraic equations and dynamical systems. Here, ‘stability’ is interpreted in a broad sense which covers the need to develop stable and reliable algorithms preserving some qualitative properties of the computed solutions, methodologies which are helpful to assess the onset of potential instabilities or loss of robustness, and tools to determine the asymptotic properties of the solution or its discretization. The topics considered include the computation of robustness measures for linear problems, the use of low-rank ODEs to approximate such measures via gradient systems, the regularity, stability, passivity and controllability analysis of structured linear descriptor systems, and the use of acceleration techniques to deal with some of the presented computational problems. Although the emphasis is on the numerical study of differential equations and dynamical systems, the book will also be of interest to researchers in matrix theory, spectral optimization and spectral graph theory, as well as in dynamical systems and systems theory.

Dieses Lehrbuch über die Lineare Algebra deckt den gesamten Stoff der zweisemestrigen Grundvorlesung ab. Seine anschauliche und konsequent matrizenorientierte Herangehensweise ermöglicht Studierenden ein intuitives Verständnis der abstrakten Objekte. Die im Buch präsentierten vielfältigen Anwendungen und Beispiele motivieren Studierende zur intensiven Auseinandersetzung mit der Linearen Algebra als leistungsfähiges mathematisches Werkzeug. In vielen „MATLAB-Minuten“ können sich Studierende wichtige Sätze und Konzepte am Rechner erarbeiten. Alle notwendigen Vorkenntnisse werden in einer MATLAB-Kurzeinführung erläutert. Das Buch enthält zudem über 350 Übungsaufgaben, die das Erlernen des Stoffes unterstützen. Interessierte Studierende finden darüber hinaus historische Notizen zur Entwicklung des Gebiets. Für diese vierte Auflage wurde das Buch durchgesehen und ergänzt. Zu den Ergänzungen gehören insbesondere die genauere Betrachtung von Projektionen, die Herleitung der Frobenius-Normalform von Endomorphismen sowie der Beweis eines wichtigen Satzes über Matrixfunktionen basierend auf der Lösung des Hermite-Interpolationsproblems. Hinzugekommen sind außerdem mehr als 20 neue Aufgaben sowie Begriffe wie der Bidualraum, derogatorische Matrizen, Invariantenteiler und Isometrien. Der übersichtliche Aufbau und das bewährte Konzept des Lehrbuchs wurden beibehalten.

This self-contained textbook takes a matrix-oriented approach to linear algebra and presents a complete theory, including all details and proofs, culminating in the Jordan canonical form and its proof. Throughout the development, the applicability of the results is highlighted. Additionally, the book presents special topics from applied linear algebra including matrix functions, the singular value decomposition, the Kronecker product and linear matrix equations.The matrix-oriented approach to linear algebra leads to a better intuition and a deeper understanding of the abstract concepts, and therefore simplifies their use in real world applications. Some of these applications are presented in detailed examples. In several ‘MATLAB-Minutes’ students can comprehend the concepts and results using computational experiments. Necessary basics for the use of MATLAB are presented in a short introduction. Students can also actively work with the material and practice their mathematical skills in more than 300 exercises.

Der Text ist durch Anwendungen motiviert und entwickelt die Bedurfnisse nach numerischen Methoden konzeptionell anhand der Losung von Differentialgleichungen. D.h., es gibt einen roten Faden und die Studierenden sehen, warum jetzt bestimmte Techniken zu erlernen sind. Zwei Anwendungen ziehen sich durch das Buch: ein mechanisches Mehrkorpersystem und ein Warmeleitungsproblem, an denen die Fragestellung und Phanomene erklart werden. Das Buch lasst sich mit oder ohne Beweise verwenden.