Таким образом, каждое собственное число λ линейного оператора A является корнем характеристического уравнения (7.21). И наоборот, если некоторое число λ1 является корнем уравнения (7.21), то при этом значении λ = λ1 система (7.18), т.е. система:
(Ae¯ − λ1E) · (x1, x2, . . . , xn)T(e¯) = (0, 0, . . . , 0)T .
(7.22) имеет ненулевые решения, каждое из которых
задаёт вектор x¯ = (x1, x2, . . . , xn)T(e¯) удовлетворяющий соотношению (7.17) при λ = λ1, т.е. вектор x¯ является собственным вектором соответствующим собственному числу λ1.
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
Чтобы описать всё множество собственных векторов соответствующих собственному чис-
лу λ1, построим фундаментальную систему решений системы (7.22), т.е. такую совокуп-
ность линейно независимых собственных векторов соответствующих собственному числу
λ1, что любой собственный вектор соответствующий собственному числу λ1 будет ли-
нейной комбинацией векторов, вошедших в эту совокупность.
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
Из основной теоремы алгебры, следует, что алгебраическое уравнение n-ой степени с коэффициентами из C имеет ровно n решений в C. Eсли же коэффициенты алгебраическо-
го уравнения n-ой степени из R, то возможны три случая:
1. все n решений принадлежат R
(x2 − 1 = 0, x1 = 1, x2 = −1);
2. все n решений не принадлежат R
(x2 + 1 = 0, x1 = i, x2 = − i);
3. часть решений принадлежит R
(x4 − 1 = 0, x1 = 1, x2 = −1, x3 = i, x4 = − i).
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
Из сказанного следует, что любой линейный оператор A : Ln → Ln имеет не более n различных собственных чисел, которые являются решениями алгебраического уравнения (7.21), но только действительные решения уравне-
ния (7.21) есть собственные числа оператора
A : Ln → Ln.
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
Поэтому поставленную задачу нам удалось решить только частично.
Полное решение этой задачи сложное:
для этого нужно обобщить определение ли-
нейного пространства, заменив вещественные числа комплексными;
изменить определение собственного числа линейного оператора, предполагая, что собствен-
ными числами могут быть и комплексные числа.
Полное решение проблемы можно найти в [4].
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
Определение 85. Число λ R называется
собственным числом, а ненулевой вектор x¯ Rn – собственным вектором, соответствующем собственному числу λ, матрицы
A Mnn(R), если они связаны между собой соотношением: Ax¯ = λx¯.
Собственные вектора матрицы
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
Пример 143. Фиксируем в линейном пространстве R3 канонический базис. Линейный оператор A : R3 → R3 действует по закону:
T
Ax¯ = (−x1 − 2x2 + 2x3, x2, x3)T ,
где x¯ = (x1, x2, x3)T .
а) Запишите матрицу линейного оператора A в каноническом базисе.
б) Найдите собственные числа и собственные векторы оператора A.
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
Решение a): Действуя линейным оператором A на базисные вектора канонического базиса, получим:
Ae¯1 = (−1, 0, 0)T ,
Ae¯2 = (−2, 1, 0)T ,
Ae¯3 = (2, 0, 1)T .
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
Записываем матрицу линейного оператора A в каноническом базисе:
|
|
|
|
1 |
− |
2 2 |
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
e¯ |
= |
|
0 |
|
1 0 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
Решение б):
Запишем характеристическое уравнение:
|
|
|
|
|
− |
1 |
− |
λ |
|
− |
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
det(A |
|
|
λE) = |
|
|
|
0 |
|
1 |
|
|
λ |
|
0 |
|
|
= 0. |
e¯ |
− |
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
1 |
|
λ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вычисляя определитель, получим:
−(1 + λ)(1 − λ)2 = 0.
Решая уравнение, находим собственные числа:
λ1 = −1, λ2,3 = 1.
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit