线性代数矩阵的特征值与特征向量.ppt
1 特征值与特征向量、相似矩阵,1 特征值与特征向量、相似矩阵,第五章 矩阵的特征值与特征向量,2 矩阵可对角化的条件、实对称 矩阵的对角化,1 特征值与特征向量、相似矩阵,一、特征值与特征向量,二、相似矩阵,1 特征值与特征向量、相似矩阵,1 特征值与特征向量、相似矩阵,一、特征值与特征向量,定义1：,列向量，使得,则称数 为方阵A的一个特征值，非零向量 称为,设A是n阶方阵，若对于数，存在n维非零,A的属于特征值 的一个特征向量.,注：,存在非零向量 使,1 特征值与特征向量、相似矩阵,设 是一个未知量，矩阵称为A的,定义2:,特征矩阵，它的行列式,特征方程，其根称为A的特征根，即A的特征值.,称为A的特征多项式.方程 称为A的,注.n阶方阵A在复数范围内有n个特征值.,1 特征值与特征向量、相似矩阵,（1）,若 是A的属于特征值的特征向量，则,也是A的属于的特征向量.,（3）特征向量不是被特征值所唯一确定的.,（4）特征值是被特征向量所唯一确定的.,（一个 特征值可以有多个特征向量）,（一个特征向量只能属于一个特征值）,（2）,也是A的属于的特征向量.,若 是A的属于特征值的特征向量，,则 不全为零,1 特征值与特征向量、相似矩阵,求矩阵的特征值与特征向量的一般步骤,全部特征值.,i)求A的特征多项式 的全部根，它们就是A的,1 特征值与特征向量、相似矩阵,例1.求矩阵 的特征值与特征向量.,例2.求矩阵 的特征值与特征向量.,例3.求矩阵 的特征值与特征向量.,例题（P160-163）,1 特征值与特征向量、相似矩阵,性质1：n阶矩阵A与它的转置矩阵 的特征值相同.,性质3：已知为n阶矩阵A的一个特征值，则,（1）必有一个特征值为;,（2）必有一个特征值为;,主要性质,A的全体特征值的和,A的全体特征值的积,性质2：设n阶矩阵，则,1 特征值与特征向量、相似矩阵,（3）必有一个特征值为;,（4）A可逆时，必有一个特征值为;,（5）A可逆时，必有一个特征值为；,（6）多项式 必有一个特征值为.,1 特征值与特征向量、相似矩阵,例4.设3阶矩阵A满足，则A的特征值,只能是1或2.,证明：由 得,即，,从而，或,即A的特征值只能是1或2.,1 特征值与特征向量、相似矩阵,例6.已知3阶矩阵A的特征值为：1，2，3，求,行列式.,例5：已知3阶矩阵A的特征值为：1，1，2，,则矩阵的特征值为：，,行列式.,1 特征值与特征向量、相似矩阵,特征值 的特征向量，则,定理1.设 是 阶矩阵A的属于互不相同的,线性无关.,（属于矩阵A的不同特征值的特征向量线性无关.）,1 特征值与特征向量、相似矩阵,值，是A的属于特征值,定理2.设 是 阶矩阵A的互不相同的特征,的线性无关特征向量，则向量组,线性无关.,（对一个矩阵，属于每个特征值的线性无关特征向量，合在一起仍为线性无关）.,1 特征值与特征向量、相似矩阵,二、相似矩阵,1定义,设A，B为两个n阶矩阵，若存在可逆矩阵P，使得,则称矩阵A相似于B，P称为相似变换矩阵.,2基本性质,（1）相似矩阵的转置矩阵也相似.,（2）相似矩阵的幂矩阵也相似.,1 特征值与特征向量、相似矩阵,（3）相似矩阵的多项式也相似.,（4）相似矩阵的秩相等.,（5）相似矩阵的行列式相等.,（6）相似矩阵的可逆性相同，当它们可逆时，其,逆矩阵也相似.,定理3.相似矩阵的特征多项式相同，从而特征值相同.,1 特征值与特征向量、相似矩阵,推论.设n阶矩阵A与对角矩阵,相似，则 就是A的n个特征值.,注.若矩阵A与对角矩阵相似，则可方便求出A的幂,及A的多项式.,1 特征值与特征向量、相似矩阵,2 矩阵可对角化的条件、实对称矩阵的对角化,一、矩阵可对角化的条件,二、实对称矩阵的对角化,1 特征值与特征向量、相似矩阵,称矩阵A可对角化.,定义1：矩阵A是一个 阶方阵，若存在可逆矩阵,，使 为对角矩阵，即A与对角矩阵相似，则,一、矩阵可对角化的条件,定理1：设矩阵A 是一个 阶方阵，则A可对角化,有 个线性无关的特征向量.,推论 若n阶矩阵A有n个不同特征值，则A可对角化.,1 特征值与特征向量、相似矩阵,定理2：设矩阵A 是一个 阶方阵，则A可对角化,属于A的每个特征值的线性无关特征向量的个数,等于该特征值的重数.,对角化的判断,步骤:,1求出矩阵A的全部互不相等的特征值,2对每一个特征值，求出齐次线性方程组,1 特征值与特征向量、相似矩阵,的一个基础解系（此即A的属于 的全部线性无关,的特征向量）.,3若全部基础解系所含向量个数之和等于n，则,矩阵A可对角化；否则A不可对角化.,4以这些解向量为列，作一个n阶方阵P，则P可逆，,就是对角矩阵，对角矩阵对角线上元素是A的,互不相等的特征值.,1 特征值与特征向量、相似矩阵,例1.问A是否可对角化？若可，求可逆矩阵P，使,为对角矩阵.这里,得A的特征值是2，2，-7.,解:A的特征多项式为,1 特征值与特征向量、相似矩阵,对于特征值2，求出齐次线性方程组,对于特征值7，求出齐次方程组,的一个基础解系:,的一个基础解系:,1 特征值与特征向量、相似矩阵,令,则,所以A可对角化.,1 特征值与特征向量、相似矩阵,例2设,则求一可逆矩阵P，使 成对角形；,解:A的特征多项式为,求得A的特征值为：,1 特征值与特征向量、相似矩阵,得基础解系,当 时，解方程 由,1 特征值与特征向量、相似矩阵,当 时，解方程 由,得基础解系,1 特征值与特征向量、相似矩阵,令,则有,
