segue
da cui
(A ed I commutano); poiché
,
converge uniformemente a I. Inoltre
è totalmente convergente (converge la serie
, con ||A||<1), quindi converge uniformemente ad una S; per la continuità del prodotto fra matrici rispetto alla convergenza uniforme, anche
Allora I-A è invertibile e
.
,
ossia
e a=b, c=d,
; la matrice del cambiamento di base è del tipo
con a e d non nulli. In questo caso, il passaggio di coordinate cercato può essere dedotto anche geometricamente. L'applicazione lineare rappresentata dalla matrice
scambia i vettori
e
della vecchia base: ùna simmetria rispetto alla loro bisettrice, i cui vettori
sono lasciati fissi. Rispetto ad una nuova base con primo vettore
sull'asse di simmetria e secondo vettore
ad esso ortogonale, l'applicazione si rappresenta con la matrice
, e la matrice B del cambiamento di base ha per colonne le coordinate di
e
rispetto alla vecchia base. Per esempio,
ovvero
come ottenuto algebricamente.
con
, con
Nel riferimento
, relativo alla base della forma canonica, le traiettorie hanno equazione
da cui, eliminando t, si ottiene
L'equazione nel piano
si ottiene per sostituzione, tramite il cambiamento di base
è proporzionale ad un vettore ottenuto ruotando OP dell'angolo orientato
, la curva
è soluzione del sistema dinamico
Gli autovalori di A (
) sono complessi:
, ed A è già in forma canonica. Quindi per ogni punto
del piano passa una curva
Le traiettorie sono, in genere, spirali intorno al fuoco (0,0): l'unico caso in cui sono limitate è quello in cui
, allorché
ed i supporti sono circonferenze centrate nell'origine. Per
le spirali si allargano in senso antiorario, per
in senso orario (secondo il segno di
); infine per
risulta
, con traiettorie rettilinee uscenti dall'origine.
e
, dato che
. Se
, anche
,
e
se
, le ulteriori possibilità sono
: se è vero che A ha un solo autovalore,
, e
(i calcoli confermano ...). La forma canonica D di A ha n 2-blocchi di Jordan, dove n è la dimensione del
. Dallo studio della caratteristica di
risulta n=2 (la seconda riga è multipla della terza, la prima è somma della terza e della quarta, linearmente indipendenti). Poiché
, entrambi i blocchi hanno ordine 2: in tal caso è facile determinare esplicitamente una base per i blocchi nilpotenti. Se infatti
,
è indipendente da
e
, e se (analogamente) si sceglie un
indipendente da
anche
è tale che
; per esempio, se
la forma canonica D di A rispetto a
e la matrice B del cambiamento di base sono
Calcolando
e
si ottiene il flusso integrale:
Le traiettorie tendono all'infinito per
per qualunque punto iniziale
.
l'allungamento iniziale. Fissando l'origine nell'estremo libero della molla a riposo, l'equazione del moto è quella di un oscillatore lineare con le condizioni iniziali
Qui
; affinché il punto oscilli, le radici
del polinomio devono avere parte immaginaria non nulla (
), ovvero
In tal caso, la soluzione
(per un opportuno
) ha ampiezza
che risulta maggiore di L/3 al tempo T se
si determinano per sostituzione ottenendo
Se
(ovvero se non si impongono condizioni negli istanti
in cui la soluzione ha un massimo locale ...) si può calcolare d ed ottenere un'unica soluzione; se invece le condizioni ai limiti ``risuonano'' con la soluzione, ovvero se
, le soluzioni possono non esistere (se il secondo membro dell'uguaglianza è diverso da zero) oppure essere infinite (se il secondo membro è nullo).
; quindi le soluzioni sono del tipo
per opportuni
.
, l'operatore D è nilpotente, con matrice
rispetto alla base
; per passare alla forma canonica nilpotente, è sufficiente riscalare la base e cambiarne l'ordine: