In this work we consider a class of non-linear eigenvalue problems that admit a spectrum similar to that of a Hamiltonian matrix, in the sense that the spectrum is symmetric with respect to both the real and imaginary axis. More precisely, we present a method to iteratively approximate the eigenvalues of such non-linear eigenvalue problems closest to a given purely real or imaginary shift, while preserving the symmetries of the spectrum. To this end the presented method exploits the equivalence between the considered non-linear eigenvalue problem and the eigenvalue problem associated with a linear but infinite-dimensional operator. To compute the eigenvalues closest to the given shift, we apply a specifically chosen shift-invert transformation to this linear operator and compute the eigenvalues with the largest modulus of the new shifted and inverted operator using an (infinite) Arnoldi procedure. The advantage of the chosen shift-invert transformation is that the spectrum of the transformed operator has a "real skew-Hamiltonian"-like structure. Furthermore, it is proven that the Krylov space constructed by applying this operator, satisfies an orthogonality property in terms of a specifically chosen bilinear form. By taking this property into account in the orthogonalization process, it is ensured that even in the presence of rounding errors, the obtained approximation for, e.g., a simple, purely imaginary eigenvalue is simple and purely imaginary. The presented work can thus be seen as an extension of [V. Mehrmann and D. Watkins, "Structure-Preserving Methods for Computing Eigenpairs of Large Sparse Skew-Hamiltonian/Hamiltonian Pencils", SIAM J. Sci. Comput. (22.6), 2001], to the considered class of non-linear eigenvalue problems. Although the presented method is initially defined on function spaces, it can be implemented using finite dimensional linear algebra operations.


翻译:在这项工作中,我们考虑的是非线性地平面值问题的一类非线性地平面值问题,它承认了类似于汉密尔顿仪表状体的频谱,即频谱是真实和想象轴的对称。更准确地说,我们提出一种方法来迭接这种非线性地平面值问题的亚性值,最接近于给定的纯真实或想象的转变,同时保存频谱的对称。为此,我们提出的方法利用了考虑的非线性地平面平面平面值问题和与直线性但无限的运算者相关的亚性价问题之间的等等值。为了对这个直线性地平面的值值,我们专门选择了一种调值向线性地平面平面的变换面值转换,因此,在2001年的极地平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面。

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