特征值、特征向量与相似
特征向量是在变换下方向不变的非零向量。可对角化意味着存在一组由特征向量组成的基;实对称矩阵总能用正交矩阵对角化。
完成后应能
- 计算特征值与对应特征空间
- 判断并构造相似对角化
- 利用相似不变量和谱分解计算矩阵函数
直觉
直觉与对象
换基不会改变线性变换本身,因此相似矩阵共享特征多项式、迹、行列式和秩。对角形态把重复复合变成对角元逐项乘幂。
推导
解题主线
先解 ,再对每个 解 。判断可对角化要比较每个特征值的几何重数与代数重数,或确认共有 个线性无关特征向量。
定义
公式、条件与边界
特征方程:
适用条件: 为有限阶方阵,特征多项式定义在同一数域。
边界检查:求特征向量时代回 而非 均可但要一致。
相似对角化:
适用条件: 的列为一组线性无关特征向量。
边界检查: 的列顺序要与对角元顺序一致。
迹与行列式:
适用条件:特征值按代数重数计数。
边界检查:复特征值与重根都必须按代数重数计入。
易错边界
易错边界
不同特征值的特征向量必无关,同一特征值下任取向量未必无关;相同特征值不保证相似;正交对角化结论针对实对称矩阵。
小结
本章掌握标准
- 计算特征值与对应特征空间
- 判断并构造相似对角化
- 利用相似不变量和谱分解计算矩阵函数
公式与边界
特征方程
- 适用条件
- 为有限阶方阵,特征多项式定义在同一数域
- 边界提醒
- 求特征向量时代回 而非 均可但要一致
相似对角化
- 适用条件
- 的列为一组线性无关特征向量
- 边界提醒
- 的列顺序要与对角元顺序一致
迹与行列式
- 适用条件
- 特征值按代数重数计数
- 边界提醒
- 复特征值与重根都必须按代数重数计入