Calculadora de autovalores e autovetores

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Resultado

λ15
λ23
λ32
Polinômio característicoλ³ − 10λ² + 31λ − 30
Traço10
Determinante30
AutovalorMultiplicidadeAutovetorAutovetor unitário
51(2, 0, 1)(0,8944, 0, 0,4472)
31(1, 1, −1)(0,5774, 0,5774, −0,5774)
21(1, 0, −1)(0,7071, 0, −0,7071)

Encontre os autovalores e autovetores de uma matriz 2×2 ou 3×3. A calculadora expande det(A − λI) no polinômio característico, resolve-o para autovalores reais ou complexos com sua multiplicidade e encontra os autovetores de cada autovalor real resolvendo (A − λI)v = 0. Cada autovetor é verificado calculando A·v e, para autovalores repetidos, mostra se a matriz pode ser diagonalizada.

Solução passo a passo

Equação característica det(A − λI) = 0

det(A − λI) = (4 − λ)[(3 − λ)(3 − λ) − 0·(−1)] − 1[0(3 − λ) − 0·1] + 2[0·(−1) − (3 − λ)·1]
= −(λ³ − 10λ² + 31λ − 30)
tr A = 10, soma dos menores principais 2×2 = 31, det A = 30
λ³ − (tr A)λ² + (ΣM)λ − det A = λ³ − 10λ² + 31λ − 30 = 0

Valores próprios

(λ − 5)(λ − 3)(λ − 2) = 0
λ = 5, 3, 2
Verificação: Σλ = 10 = tr A

Autovetor (λ = 5)

A − λI = [−1 1 2; 0 −2 0; 1 −1 −2]
(A − λI)·v = 0 → v = (2, 0, 1)
A·(2, 0, 1) = (10, 0, 5) = 5·(2, 0, 1) ✓

Autovetor (λ = 3)

A − λI = [1 1 2; 0 0 0; 1 −1 0]
(A − λI)·v = 0 → v = (1, 1, −1)
A·(1, 1, −1) = (3, 3, −3) = 3·(1, 1, −1) ✓

Autovetor (λ = 2)

A − λI = [2 1 2; 0 1 0; 1 −1 1]
(A − λI)·v = 0 → v = (1, 0, −1)
A·(1, 0, −1) = (2, 0, −2) = 2·(1, 0, −1) ✓

Fórmulas principais

Valores próprios
det(A − λI) = 0

Como encontrar autovalores e autovetores

  1. Subtraia λ de cada elemento da diagonal de A para obter A − λI.
  2. Iguale o determinante a zero: det(A − λI) = 0. Para uma matriz 2×2 isso é λ² − (tr A)λ + det A = 0; para uma matriz 3×3 é uma equação cúbica.
  3. Resolva a equação característica. Verificação: os autovalores somam o traço e multiplicam o determinante.
  4. Para cada autovalor, resolva (A − λI)v = 0 por escalonamento. As soluções formam uma reta (ou um plano); qualquer vetor não nulo nela é um autovetor.
  5. Verifique cada autovetor: A·v deve ser igual a λ·v.

Perguntas e respostas

Como digito a matriz?

Digite as linhas separadas por ponto e vírgula e os números de cada linha separados por espaços, por exemplo 4 1 2; 0 3 0; 1 -1 3 para uma matriz 3×3. São permitidos decimais e números negativos.

Por que uma matriz pode ter autovalores complexos?

O polinômio característico pode ter raízes complexas e, para uma matriz real, elas sempre aparecem em pares conjugados. A matriz de rotação 0 -1; 1 0 tem os autovalores ±i, porque nenhum vetor real mantém sua direção em uma rotação.

O que significa um autovalor repetido?

Uma raiz do polinômio característico com multiplicidade 2 ou 3. A matriz ainda pode ter essa quantidade de autovetores independentes, como a matriz identidade, ou menos. Com menos, ela é defectiva e não pode ser diagonalizada.

O autovetor é único?

Não. Qualquer múltiplo não nulo de um autovetor também é um autovetor. A calculadora mostra uma forma simples, com números inteiros quando possível, e o vetor unitário de comprimento 1.

Para que servem os autovalores?

Eles dão as frequências naturais de sistemas vibratórios, as tensões principais de um tensor de tensões, a estabilidade de sistemas de equações diferenciais e as direções principais na análise de componentes principais.

Pratique você mesmo

Pratique Matrizes e determinantes

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