We study the backward stability of running a backward stable eigenstructure solver on a pencil $S(\lambda)$ that is a strong linearization of a rational matrix $R(\lambda)$ expressed in the form $R(\lambda)=D(\lambda)+ C(\lambda I_\ell-A)^{-1}B$, where $D(\lambda)$ is a polynomial matrix and $C(\lambda I_\ell-A)^{-1}B$ is a minimal state-space realization. We consider the family of block Kronecker linearizations of $R(\lambda)$, which are highly structured pencils. Backward stable eigenstructure solvers applied to $S(\lambda)$ will compute the exact eigenstructure of a perturbed pencil $\widehat S(\lambda):=S(\lambda)+\Delta_S(\lambda)$ and the special structure of $S(\lambda)$ will be lost. In order to link this perturbed pencil with a nearby rational matrix, we construct a strictly equivalent pencil $\widetilde S(\lambda)$ to $\widehat S(\lambda)$ that restores the original structure, and hence is a block Kronecker linearization of a perturbed rational matrix $\widetilde R(\lambda) = \widetilde D(\lambda)+ \widetilde C(\lambda I_\ell- \widetilde A)^{-1} \widetilde B$, where $\widetilde D(\lambda)$ is a polynomial matrix with the same degree as $D(\lambda)$. Moreover, we bound appropriate norms of $\widetilde D(\lambda)- D(\lambda)$, $\widetilde C - C$, $\widetilde A - A$ and $\widetilde B - B$ in terms of an appropriate norm of $\Delta_S(\lambda)$. These bounds may be inadmissibly large, but we also introduce a scaling that allows us to make them satisfactorily tiny. Thus, for this scaled representation, we prove that the staircase and the $QZ$ algorithms compute the exact eigenstructure of a rational matrix $\widetilde R(\lambda)$ that can be expressed in exactly the same form as $R(\lambda)$ with the parameters defining the representation very near to those of $R(\lambda)$. This shows that this approach is backward stable in a structured sense.


翻译:我们研究在铅笔上运行一个后向稳定的电子结构解析器的后向稳定性。 美元( lambda) 是一个多元基质, 美元( lambda) 是最小的州- 空间实现。 我们认为以 $R (\ lambda) 表示的合理基质 $R (\ lambda) = D( lambda) + C( lambda) + C( lambda) 的后向稳定性。 美元( lambbhat S (\ lambda) 的右( lambda), 美元( libda) 的平面( libda), 美元( libda) 的平面( 美元) 平面( libda ) 的平面( 美元) 。

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