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线代基础第五讲——特征值与特征向量

几乎都是大题的考点,very important

5.1基础结构

第1,5,6讲的矩阵都是方阵,因为只有行数和列数相等才有二次型,特征值,特征向量和行列式。

第2,3,4讲的研究对象的行数和列数可以不相等。

 相似矩阵的基础就是要求出矩阵的特征值与特征向量。

他的应用主要就是只要三个方面啊!

 实对称矩阵的相似对角化就是我们第六讲的主题了。

5.2具体型矩阵的特征值与特征向量

定义

 A是一个方阵。

so amazing

 这个齐次方程组有非零解。

系数矩阵的列不满秩。

所以为什么可以根据他的行列式等于0求出。

这就叫做特征方程。 

接下来就可以求出特征值 

 

重根按重数计。

 ep:

 

 

 所以矩阵的秩至少少一个。

 自由度为1,一个向量如何线性无关,只要是非零向量就可以了。

这里的KESI我们称之为基础解系。加k才叫做通解。

 

 特征向量和通解不一样的地方,特征向量不能为零向量。

一定要保证是非零向量。

5.3抽象矩阵的特征值与特征向量

与A有关的特征值以特征向量总结如下:

 prove:

1.

 3.

4.

5.

 6.

 (3)

所以转置之后特征值是不变的。

二.基本性质

 特征值加起来是迹

特征值乘起来是行列式的值

 以三阶矩阵为例,做个证明:

 

做一个对比

2.特征向量的性质

 

 ep:

(2)

 

 

 得到k1=k2等于0,所以kesi1和kesi2线性无关。

复习了一下第三章向量线性无关的题目。

(3)

 ep:

下面我们来练习一些利用抽象矩阵性质进行转化的题目。

1.

 

 只能得到可能的特征值,不能得到特征值是几个0,几个1。

(2)抽象型如何判断可逆矩阵:

2.

3.

5.4  矩阵的相似

 

 

 

注也非常重要 

prove:

2.

3.

小证一个:

: 

5.5矩阵的相似对角化

什么叫对角阵,处了主对角元素,其他元素均为0.

 可以称之为最好看的矩阵。

 

比较好算

 

 根据矩阵相等的充要条件,对应位置元素全部相同。

这个P里面每一列都是S的特征向量,即A可相似对角化的充要条件是有n个线性无关的特征向量。

 

 A自己的特征值和特征向量,自产自销。

 

 

 

 

 

 

不同特征值对应的特征值也线性无关。 

对应着三个线性无关的特征向量(是列向量哦)

 一定要按照顺序写(对应着写)

自由度必须得是3,才能有3个线性无关的特征向量。

 

三行对应成比例

 

 

 

 

 

5.6实对称矩阵必可相似于对角矩阵

 

 

 

 

 可以使用施密特正交化

考研重点,几乎每年都要考大题

ep: 我们的步骤要增加:

 

承接上一步三个线性无关的特征向量,如何化简成标准正交基。

 

 由实对称矩阵不同特征值对应的特征向量正交,相乘为0,只要化简一对。

 正交化

 单位化

 

特征向量线性无关,是推不出来他们的特征值相同的。

实对称矩阵相同特征值对应的特征向量也可能是垂直的。

 

 不确定结论可以进行举例子。

应用

反求参数

 ep:

 A和A逆有着相同的特征向量

 

下面我们继续来看特征值和特征向量反求A

所以为什么整容要整容成对角阵

 

 

 

 继续强调是列向量。

 这个方法在考研的时候经常用,非常漂亮,由相似对角化整容后求解就非常方便。

 

 

不是对角矩阵,就是两个矩阵相似。

 

 根据传递性容易解出。

 

 

 

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