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矩阵特征问题的求解
5.1 引言
在科学技术的应用领域中, 许多问题都归为求解一个特征系统。 如动力学系统和结构系
统中的振动问题,求系统的频率与振型;物理学中的某些临界值的确定等等。
n n n ,有数 使
设 A 为 n 阶方阵, A (aij ) R ,若 x R ( x 0)
Ax= x (5.1 )
则称 为 A 的特征值, x 为相应于 的特征向量。因此,特征问题的求解包括两方面:
1.求特征值 ,满足
( ) det(A I ) 0 (5.2 )
n ,满足齐方程组
2.求特征向量 x R ( x 0)
( A I ) x 0 (5.3 )
称 ( )为 A 的特征多项式,它是关于 的 n 次代数方程。
关于矩阵的特征值,有下列代数理论,
定义 1 设矩阵 A, B R n n ,若有可逆阵 P,使
1
B P AP
则称 A 与 B 相似。
定理 1 若矩阵 A, B R n n 且相似,则
(1)A 与 B 的特征值完全相同;
(2 )若 x 是 B 的特征向量,则 Px 便为 A 的特征向量。
定理 2 设 A R n n 具有完全的特征向量系, 即存在 n 个线性无关的特征向量构成 Rn 的
一组基底,则经相似变换可化 A 为对角阵,即有可逆阵 P ,使
1
1 2
P AP D
n
其中 i 为 A 的特征值, P 的各列为相应于 i 的特征向量。
定理 3 A R n n , 1, …, n 为 A 的特征值,则
(1)A 的迹数等于特征值之积,即
n n
tr (A) aii i
i 1 i 1
(2 )A 的行列式值等于全体特征值之积,即
det( A) 1 2 n
定理 4 设 A R n n 为对称矩阵,其特征值 1≥ 2 ≥…≥ n ,则
(1)对任 A R n ,x ≠0,
( Ax, x)
n 1
(x ,x )
(Ax,x )
(2 ) n min
x 0 (x, x)
( Ax ,x)
(3) 1 max
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