同济大学:线性代数课件-CH5.ppt

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同济大学:线性代数课件-CH5

对应的特征向量, 对应的特征向量, 则 P 为可逆矩阵, 所以 矩阵相似. 据定理4的推论, A 能与对角 且使得 类似的,第 k 年底该地劳动力的从业情况为 按此规律发展,多年之后该地从农工作和从事非农工作人员占 全部劳动力的百分比趋于 例 4 如果 于是 A 与 B 的特征多项式 相同,但 A 与 B 不相似. 特征多项式相同的矩阵未必相似. 即 ,多年之后该地从农工作和从事非农工作人员各占全部劳动 力的6/100 和 94/100. 那么 §4 对称矩阵的相似矩阵 定理5 实对称矩阵的特征值为实数. p 为 对应的特征向量. 于是有 两式相减, 因为 p≠0, 则 p1 与 p2 正交. p1, p2 依次 是它们对应的特征向量. 即 定理 6 定理 7 设 A 为 n 阶对称矩阵 , 线性无关的特征向量. 即 p1与 p2 正交. 恰有 r 个 因为 A 是实对称矩阵, 所以 于是 证 由已知有 r 重根, 左乘(2)式的两端得 重数依次为 r1 , r2 ,…… , rm , 于是, r1 + r2 + …… + rm= n . 恰有 ri 个线性无关的实特征 向量, 把它们正交单位化,即得 ri 个单位正交的特征向量, i =1,2, … , m .由 r1 + r2 +…… + rm= n . 知这样的特征向量恰有 n 个. 又实对称矩阵不等的特征值对应的特征向量正交( 根据定理6 ), 故这 n 个特征向量构成规范正交向量组. 以它们为列构成矩阵 P , 它们的 定理 5及定理 7 知, 根据 则为 P 正交矩阵, 并有 恰 是 A的n 个特征值. 定理 8 设 A 为 n 阶对称矩阵,则必有正交矩阵 P ,使 是以 A 的 n 个特征值为对角元素的对角矩阵. 为对角矩阵. 于是得正交矩阵 P = ( p1, p2, p3 ) 且使得 将其规范正交化. 解 A 的特征多项式为 为对角矩阵. 再单位化得 正交化: 取 于是得正交矩阵 P = ( p1 , p2 , p3 ) 且使得 * 第五章 相似矩阵及二次型 §1 预备知识 向量的内积 定义 1 设有 n 维向量 令 [ x , y ] = x1 y1 + x2 y2 + …… + xn yn , 称[ x , y ] 为向量 x 与 y 的内积. 内积具有下列性质: 1. [ x , y ] = [ y , x ] ; 3. [ x + y , z ] = [ x , z ] + [ y , z ] ; 4. [ x , x ] ≥0, 其中 x,y,z 是为向量, 易知, [ x , y ] = xTy . 当且仅当时x = 0 时 [ x , x ] = 0. 定义 2 非负实数 称为 n 维向量 x 的长. 向量的长具有性质: 长为 1 的向量称为单位向量. 若向量 x ≠0 , 如果 [ x , y ] = 0 ,那么称向量 x 与 y 正交. 一组两两正交的非零向量. 正交向量组: 那么它应满足 ~ 由 得 规范正交向量组: 定理 1 正交向量组必线性无关. 证 设向量组 a1 , a2 , …… , ar 是正交向量组, 类似的可证 于是向量组 a1 , a2 , …… , ar 线性无关. 但不为正交向量组. 向量组 e1 , e2 , …… , er 为规范正交向量组,当且仅当 若有一组数 由单位向量构成的正交向量组. 设向量组 a1 , a2 ,……, ar 线性无关,则必有规范正交向量组 正交化: 单位化: 于是,e1 , e2 , ……, er 是规范正交向量组, 且与 a1 , a2 , ……, ar 等价. e1 , e2 , ……, er 与 a1 , a2 , ……, ar 等价. e1 , e2 即为所求. 取它的一个基础解系 再把b2 , b3正交化即为所求a2 , a3 . 也就是取 定义 3 设 n 维向量 e1 , e2 , ……, er 是向量空间 V 的

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