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7-4矩阵的对角化
Binzhou Medical collegeMedical Inf.高明海2016第7-4节 矩阵的对角化一、相似矩阵的性质二、可对角化的概念 三、可对角化的条件四、对角化的一般方法4习题课.PPT第4习题课.PPT44习题课.PPT章一、相似矩阵的性质性质1:若两个矩阵相似,则它们的行列式相等。性质2:若两个相似矩阵可逆,则它们的逆矩阵也相似。性质3:若两个矩阵相似,则它们的k倍也相等。性质4:若两个相似矩阵可逆,则它们的同次幂也相似。结论:两个相似矩阵的相同多项式也相似。存在一个 上的 级可逆矩阵T,使T -1AT为对角二、可对角化的概念定义:矩阵A是数域P上的一个n级方阵. 如果矩阵,则称矩阵A可对角化. 是 的不同特征值,而 是属于特征值 的线性无关的特征向量,则向量 线性无关.如果 分别是A的属于互不相同的特征值的特征向量,则 线性无关.1. (定理1)说明:数学归纳法(利用范德蒙行列式).略推论三、可对角化的条件2. 设A为n阶矩阵,为A全部不同的特征值,则A可对角化的充要条件是 如果A的特征多项式在数域 P 中有n个不同特征值,则A可对角化.推论1 推论2 在复数域C上的线性空间中,如果线性变换A的特征多项式没有重根,则A可对角化.3. n阶矩阵A可对角化的充分必要条件是A有n个线性无关的向量。证明:若A可化,则存在可逆矩阵X,使得即有:AX=XΛ把X分块:因为X可逆,所以X1、X2、…、Xn线性无关。且有:即:亦即:反之同理。设 为维线性空间V的一个线性变换,为V的一组基, 在这组基下的矩阵为A. 1° 求出矩阵A的全部特征值 2° 对每一个特征值 ,求出齐次线性方程组 的一个基础解系(此即 的属于 的全部线性无关的特征向量在基 下的坐标). 四、对角化的一般方法 步骤: 有n个线性无关的特征向量 从而 n阶方阵T,则T可逆,是对角矩阵. 而且T就是基 到基 的过渡矩阵.3°若全部基础解系所合向量个数之和等于n ,则 (或矩阵A)可对角化. 以这些解向量为列,作一个例1. 设复数域上线性空间V的线性变换 在某组基 下的矩阵为 问 是否可对角化. 在可对角化的情况下,写出基变换的过渡矩阵.解齐次线性方程组 得故其基础解系为: 所以,是 的属于特征值1的两个线性无关的特征向量.解:A的特征多项式为 得A的特征值是1、1、-1.再解齐次线性方程组 得 故其基础解系为: 所以,是 的属于特征值-1的线性无关的特征向量.线性无关,故 可对角化,且 在基 下的矩阵为对角矩阵 即基 到 的过渡矩阵为为以角矩阵. 这里例2. 问A是否可对角化?若可,求可逆矩阵T,使解: A的特征多项式为 得A的特征值是2、2、-4 .的一个基础解系: 对于特征值2,求出齐次线性方程组 的一个基础解系:(-2、1、0),(1、0、1) 对于特征值-4,求出齐次方程组 令 则 所以A可对角化.练习:在 中, 求微分变换D的特征多解:在 中取一组基:项式.并证明:D在任何一组基下的矩阵都不可能是对角矩阵(即D不可对角化). 则D在这组基下的矩阵为又由于对应特征值0的齐次线性方程组只含有一个向量,它小于 的维数n(>1).于是∴ D的特征值为0(n重).的系数矩阵的秩为n-1,从而方程组的基础解系故D不可对角化 .总结n阶矩阵A可对角化的充分必要条件是A有n个线性无关的特征向量 . 可见,并不是任一线性变换都有一组基,使它在这组基下的矩阵为对角形. 本节介绍,在适当选择基下,一般的线性变换的矩阵能化简成什么形状.作业P225 4、6.
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