Калькулятор власних значень і власних векторів

Введіть свої значення. Відповідь і повний розв’язок оновлюються під час введення.

Результат

λ15
λ23
λ32
Характеристичний поліномλ³ − 10λ² + 31λ − 30
Слід10
Визначник30
Власне значенняКратністьВласний векторОдиничний власний вектор
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)

Знайдіть власні значення та власні вектори матриці 2×2 або 3×3. Калькулятор розкриває det(A − λI) у характеристичний многочлен, розв’язує його для дійсних чи комплексних власних значень з їхньою кратністю та знаходить власні вектори кожного дійсного власного значення, розв’язуючи (A − λI)v = 0. Кожен власний вектор перевіряється обчисленням A·v, а для кратних власних значень показується, чи можна матрицю діагоналізувати.

Покроковий розв’язок

Характеристичне рівняння 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, сума головних мінорів 2×2 = 31, det A = 30
λ³ − (tr A)λ² + (ΣM)λ − det A = λ³ − 10λ² + 31λ − 30 = 0

Власні значення

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

Власний вектор (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) ✓

Власний вектор (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) ✓

Власний вектор (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) ✓

Основні формули

Власні значення
det(A − λI) = 0

Як знайти власні значення та власні вектори

  1. Відніміть λ від кожного діагонального елемента A, щоб отримати A − λI.
  2. Прирівняйте визначник до нуля: det(A − λI) = 0. Для матриці 2×2 це λ² − (tr A)λ + det A = 0; для матриці 3×3 це кубічне рівняння.
  3. Розв’яжіть характеристичне рівняння. Перевірка: власні значення в сумі дають слід, а їхній добуток дорівнює визначнику.
  4. Для кожного власного значення розв’яжіть (A − λI)v = 0 зведенням рядків. Розв’язки утворюють пряму (або площину); будь-який ненульовий вектор у ній є власним вектором.
  5. Перевірте кожен власний вектор: A·v має дорівнювати λ·v.

Запитання й відповіді

Як ввести матрицю?

Вводьте рядки, розділені крапками з комою, а числа в кожному рядку — пробілами, наприклад 4 1 2; 0 3 0; 1 -1 3 для матриці 3×3. Допустимі десяткові та від’ємні числа.

Чому матриця може мати комплексні власні значення?

Характеристичний многочлен може мати комплексні корені, а для дійсної матриці вони завжди трапляються спряженими парами. Матриця повороту 0 -1; 1 0 має власні значення ±i, бо жоден дійсний вектор не зберігає свій напрям при повороті.

Що означає кратне власне значення?

Корінь характеристичного многочлена кратності 2 або 3. Матриця все одно може мати стільки незалежних власних векторів, як одинична матриця, або менше. Якщо менше, вона дефектна й не діагоналізовна.

Чи єдиний власний вектор?

Ні. Будь-яке ненульове кратне власного вектора також є власним вектором. Калькулятор показує простий вигляд, де можливо з цілими числами, і одиничний вектор довжини 1.

Для чого використовують власні значення?

Вони дають власні частоти коливальних систем, головні напруження тензора напружень, стійкість систем диференціальних рівнянь та головні напрями в аналізі головних компонент.

Потренуйтеся самі

Тренувати тему «Матриці та визначники»

Калькулятор дає відповідь. На іспиті потрібен метод: тренуйте його на нових задачах із підказками й розв’язками.

</> Вбудувати

Безкоштовно для викладачів і шкіл: вставте цей код на сторінку курсу, у LMS або на свій сайт. Студенти можуть користуватися калькулятором і покроковим розв’язком без акаунта.

Інші калькулятори