总结一下今天的数学复习心得:
特征值与特征向量:
①各行元素和为多少:在后方乘一个全为1的列向量
如各行元素和全为K,则:A(1,1,1)T=k(1,1,1)T
②秩为1的特征向量:
AX=0的解的基础解系有(n-1)个,所以特征值有一个为零,且有n-1重
可以分解为一个列向量乘一个行向量,在A后方乘列向量,结果就等于列向量*行向量*列向量,行向量*列向量为一个常数,该常数就是另一个特征值,列向量就是特征向量。
用这两步就可以解出秩为1的全部特征值和特征向量。
③特征值具有传递性,特征向量具有稳定性。f(A)的特征值为f(λ),但是特征向量都是一样的(除了A的转置,特征向量一样,特征值不确定;此外A与B相似,两者的特征值一样,但是特征向量不一样)。
AX=0如果有非零解,那么A就有0作为特征值,非零解x就是特征向量。同时可以得到A的行列式为0,A不可逆。
④A的k次等于零或者等于A都可以得到特征值的一些信息,比如特征值为0或者特征值为1。
⑤相似:P逆AP=B,则A与B相似。
相似的充分条件是:A与B都相似于同一个对角阵(不是必要条件)
相似的必要条件:A和B的特征值、特征方程、行列式和迹、秩都相同。
记忆的时候就记住特征值相同(推出行列式和迹)和秩相同(矩阵乘可逆矩阵秩不变)
⑥相似对角化:
实对称矩阵一定可以相似对角化,普通矩阵需要解出特征值,如果有N个不同的特征值则可以相似对角化,如果没有那么要看k重根是否有k个线性无关的特征向量。
相似对角化:解出A的特征值和特征向量,P就是特征向量按列排列,对角阵上的元素就是特征值,注意一一对应。
如果A是实对称矩阵,还可以正交相似对角化,这时解出特征向量以后需要正交化和单位化。正交化可以使用叉乘的方法:
属于不同特征值的特征向量一定正交,如果解出n个不同的特征值对应的特征向量可以直接单位化,如果有重根,那么(考试过程中一般是3阶矩阵)
叉乘法:三个向量a1,a2,a3,a1和a2属于一个特征值,a3属于另一个,那么a3一定和a1\a2正交,固定a1和a3,写一个三阶矩阵,第一行是ijk,第二行和第三行将a1和a3按行排列,然后按照第一行展开(计算代数余子式),解出ijk前面的系数(代数余子式),组成一个向量,这个向量就是与a1,a3正交的向量。
然后单位化,得到的就是正交矩阵Q。
⑦如果A与B相似,那么f(A)与f(B)相似,且AB与BA相似
相似对角化应用:
——证明A与B相似,这需要用到AB相似的充分条件,证明A与一个对角阵相似,证明B与同一个对角阵相似,P1逆AP1=对角阵,P2逆BP2=对角阵,则B=P2对角阵P2逆=P2P1逆AP1P2逆,则令 P=P1P2逆,就可以得到P逆AP=B
——求A的n次:A相似于对角阵,则A的n次相似于对角阵的n次,且P相同,就可以通过对A相似对角化求得A的n次。
⑧实对称矩阵的秩与特征向量息息相关。
比如某一个实对称矩阵是n阶,但是秩为3,则它的对角阵的秩也为3,那么该实对称矩阵就有n-3个特征值为0。
对于特征值和特征向量与方程的解的综合性问题,也可以从秩入手考虑。比如今天做的一道题,有一个实对称矩阵A,求出A的特征值,则A*-2E的特征值和与之相对的相似的对角阵也就求出来了,然后就可以通过秩判断方程基础解系个数为1。
【注】:求特征向量要写出全部的特征向量,如果只有一个线性无关的,则前面带的系数k要写:k不为零,如果是两个,则写k1和k2不全为零。如果是方程组的解,则k为任意实数。
如果给出几个列向量组线性无关,可以考虑将它们按列排列构成可逆矩阵P,A左乘可逆矩阵,然后右边凑出P*B的形式,则A与B相似,就可以通过B的特征值得到A的特征值了。