特征值特征向量的计算.ppt

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* 定义 1 设A为n阶方阵,X是n维向量,如果 存在数l,使方程AX=lX有非零解,则称l为矩阵A的特征值,相应的非零解称为A的属于l的特征向量 方程AX=lX AX-lX =O (A-lE)X=O 特征值:使n元齐次方程AX=lX 有非零解的数l0 A的对应于l0的特征向量: 即不论l取何值,方程AX=lX一定有解 §4·3 矩阵的特征值和特征向量 例如:对 ,取 l=4,代入方程AX= lX 得 AX= 4X (A-4E)X=O (A-4E)X= O 有非零解 所以,l=4是矩阵A的一个特征值 对 ,取 ,得一个基础解系 则方程(A-4E)X=O的全部解为: c为任意常数 A的属于l=4 的特征向量: c≠0 1、求n阶方阵A的特征值: 数l0是A的特征值 l0使方程AX= lX有非零解 因此 :l0是A的特征值 l0使 成立 求A的特征值步骤: (1) 计算n阶行列式 解得方程的根l1,l2,… ,ln, 则l1, l2,… ,ln即是A的特征值 设 则方程 即 是?的n次方程 在复数域上,方程 一定有 n个根。 A的特征多项式 方程 A的特征方程 定义 2 设A为n阶方阵, 为其特征值组,则其特征方程可表示为: 则 称为 的代数重数(重数),而 特征子空间的维数 称为几何重数(度数)。 显然: 解: 令 , 得 l1 =-1,l2 =7 则A的特征值为l1 =-1,l2 =7 【例1】求 的特征值 2、求A的属于特征值l的特征向量 设li是A的特征值,则方程AX=li , X有非零解. 即方程(A-liE)X=O有非零解, 方程组(A-liE)X=O的全部非零解 A的对应于特征值li的特征向量: 2)求出(A-liE)X=O的一个基础解系 V1、V2、…、Vs 步骤:1)把 l= li代入方程(A-liE)X=O 得一齐次线性方程组(A-liE)X=O 3) A的属于特征值li 的特征向量为: 是不全为零任意常数 【例2】求矩阵 的特征值与特征向量 解: 得 l1 =2,l2 = l3= 1(二重根) 则A的特征值为l1 =2,l2 = l3= 1 把l1 =2代入方程(A- lE)X=O ,得 (A -2E)X=O ? ? ? í ì = = + - = + - 0 0 4 0 3 1 2 1 2 1 x x x x x ? í ì = = 0 0 2 1 x x ,得一基础解系 于是,A的属于l1 =2的全部特征向量为: 把l2= l3= 1代入方程(A- lE)X=O ,得 (A-E)X=O 行变换 于是,A的属于?2=1的全部特征向量为: 取 1 3 = x ? í ì = + = + - 0 0 2 3 1 2 1 x x x x ? í ì - = = 1 3 1 2 2 x x x x 得一基础解系 取 1 1 = x 解: 得 ?1 =-2, ? 2 = ? 3= 7(二重根) 则A的特征值为? 1 =-2,? 2 = ? 3= 7 把l1 =-2代入方程(A-lE)X=O ,得 (A +2E)X=O 【例3】求矩阵 的特征值与特征向量 于是,A的属于l1=-2的全部特征向量为: ? í ì = + - = - 0 2 0 2 3 2 2 1 x x x x ? í ì = = 2 3 2 1 2 2 x x x x ,得一基础解系 取 1 2 = x 把l2 = l3= 7代入方程(A-lE)X=O ,得 (A -7E)X=O 令 分别取 ,得基础解系 于是,A的属于l2=l3 = 7的全部特征向量为: 0 2 2 3 2 1 = + + x x x 3 1 2 2 2 x x x - - = 定理 1 n阶方阵A的不同特征值对应的特征向量线性 无关。 即 若 是属于特征值l1 的特征向量 是属于特征值l2的特征向量 且l1 ≠l2 ,则 与 线性无关 证明:设l1、l2 、…、lm是A的m个不同的特征值, a1、a2、 … am是分别属于l1、l2 、…、lm 的特征向量, 即 是方程

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