题目
设矩阵 -|||-4= 2-|||-3 3 4.,求矩阵 -|||-4= 2-|||-3 3 4. 的特征值和特征向量 .
设矩阵
,求矩阵
的特征值和特征向量 .
题目解答
答案
矩阵
的特征多项式为




解特征方程
,得矩阵
的特征值分别为
,
将
代入齐次线性方程组
,得 




矩阵
的属于特征值
的全部特征向量为 
将
代入齐次线性方程组
,得 

矩阵
的属于特征值
的全部特征向量为
(
不全为
)
解析
步骤 1:求特征多项式
矩阵 $A$ 的特征多项式为 $|A - \lambda E| = 0$,其中 $E$ 是单位矩阵。代入矩阵 $A$,我们得到
$$
|A - \lambda E| = \begin{vmatrix} 7-\lambda & 0 & 0 \\ 0 & 1-\lambda & 0 \\ 0 & 0 & 1-\lambda \end{vmatrix} = (7-\lambda)(1-\lambda)^2
$$
步骤 2:求特征值
解特征方程 $(7-\lambda)(1-\lambda)^2 = 0$,得矩阵 $A$ 的特征值分别为 $\lambda_1 = 7$,$\lambda_2 = \lambda_3 = 1$。
步骤 3:求特征向量
将 $\lambda_1 = 7$ 代入齐次线性方程组 $(A - \lambda_1 E)x = 0$,得
$$
\begin{pmatrix} 0 & 0 & 0 \\ 0 & -6 & 0 \\ 0 & 0 & -6 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix}
$$
解得矩阵 $A$ 的属于特征值 $\lambda_1 = 7$ 的全部特征向量为 $k_1(1, 0, 0)$,其中 $k_1 \neq 0$。
将 $\lambda_2 = \lambda_3 = 1$ 代入齐次线性方程组 $(A - \lambda_2 E)x = 0$,得
$$
\begin{pmatrix} 6 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix}
$$
解得矩阵 $A$ 的属于特征值 $\lambda_2 = \lambda_3 = 1$ 的全部特征向量为 $k_2(0, 1, 0) + k_3(0, 0, 1)$,其中 $k_2, k_3$ 不全为 0。
矩阵 $A$ 的特征多项式为 $|A - \lambda E| = 0$,其中 $E$ 是单位矩阵。代入矩阵 $A$,我们得到
$$
|A - \lambda E| = \begin{vmatrix} 7-\lambda & 0 & 0 \\ 0 & 1-\lambda & 0 \\ 0 & 0 & 1-\lambda \end{vmatrix} = (7-\lambda)(1-\lambda)^2
$$
步骤 2:求特征值
解特征方程 $(7-\lambda)(1-\lambda)^2 = 0$,得矩阵 $A$ 的特征值分别为 $\lambda_1 = 7$,$\lambda_2 = \lambda_3 = 1$。
步骤 3:求特征向量
将 $\lambda_1 = 7$ 代入齐次线性方程组 $(A - \lambda_1 E)x = 0$,得
$$
\begin{pmatrix} 0 & 0 & 0 \\ 0 & -6 & 0 \\ 0 & 0 & -6 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix}
$$
解得矩阵 $A$ 的属于特征值 $\lambda_1 = 7$ 的全部特征向量为 $k_1(1, 0, 0)$,其中 $k_1 \neq 0$。
将 $\lambda_2 = \lambda_3 = 1$ 代入齐次线性方程组 $(A - \lambda_2 E)x = 0$,得
$$
\begin{pmatrix} 6 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix}
$$
解得矩阵 $A$ 的属于特征值 $\lambda_2 = \lambda_3 = 1$ 的全部特征向量为 $k_2(0, 1, 0) + k_3(0, 0, 1)$,其中 $k_2, k_3$ 不全为 0。