设A是n阶矩阵(要求是方阵,若非方阵,也可研究=>Grama矩阵),λ是一个数,若存在n维非零列向量ξ,使得Aξ=λξ,则称λ是A的特征值,ξ是A的对应于特征值λ的特征向量,换个角度来说,矩阵乘以非零向量其实就是对该向量进行伸缩变换,而这个伸缩变换可以用一个值来代替
于是,求解具体型矩阵的特征值与特征向量,一般先用特征方程求出,再解齐次线性方程组,求出特征向量,特征向量要的是非零解
是的特征值(建立方程求参数或证明行列式=>向量组线性相关);
不是的特征值(矩阵可逆,满秩).
(2) 若是的n个特征值,则
例如四阶
一阶主子式:选取 1 个行和列(下标相同),共 4 个,分别为:(行 1、列 1)、(行 2、列 2)、(行 3、列 3)、(行 4、列 4)。
2 阶主子式
选取 2 个行和列(下标相同且排序),共 个,例如:
3阶主子式(注意和子式的区别)
ξ(≠0)是A的属于λ 0的特征向量⇔ξ是的非零解 .
k重特征值λ至多只有k个线性无关的特征向量 (不用证明).
若是A的属于不同特征值的特征向量,则线性无关 .
③若是的属于同一特征值的特征向量,则非零向量仍是的属于特征值的特征向量.(常考其中一个系数)
④若是的属于不同特征值的特征向量,则当时,不是的任何特征值的特征向量.(常考的情形)
设是 的两个不同的特征值,是对应于 的特征向量,则 不是对应于 的特征向量
(即一个特征向量不能属于两个不同的特征值).
同一特征值对应的特征向量属于特征值对应的特定子空间,而不同的特征值的特征向量对应不同的子空间,因为在这个子空间中让给定向量做伸缩变换效果都是一致,因此前者特征向量线性组合还是特征值对应子空间的特征向量,而后者就不是
虽然的特征向量仍然是,但是特征向量不是,需要单独计算
结论需记住
满足方程这里只是说明是特征值的候选键,而特征值需要从这些候选键里面选取
定义:设是两个n阶方阵,若存在n阶可逆矩阵,使得,则称相似于,记成.矩阵相似必等价,但等价不一定相似
相似矩阵的特征值必相同
相似变换的不变量是各阶主子式之和
必要条件
证明:两边同时取逆、取伴随、取转置
设为n阶矩阵,若存在n阶可逆矩阵,使得,其中是对角矩阵,则称可相似对角化,记,称是的相似标准形.P没有唯一性,只要特征值对应即可
当矩阵 A可相似对角化时,可逆矩阵 P 的列向量都是 A的特征向量
充要条件
充分条件
除了使用特征向量的方法,还可使用矩阵乘法的思想
A是实对称矩阵,则A的特征值是实数,特征向量是实向量 (不用证明).
实对称矩阵A的属于不同特征值的特征向量相互正交.
一定要记得单位化!!!
施密特正交化
需要注意的是在实对称矩阵,相同特征值对应的线性无关的特征向量才可以正交化,不同特征值对应的线性无关的特征向量无法正交化(因为已经垂直了,没必要)
特征值相同是两个矩阵相似的必要条件
但特征值相同的矩阵也不一定相似
A,B均是实对称矩阵时,
A,B相似的充分必要条件是:A,B有相同的特征值.