特征值与特征向量 (2).ppt
5.2相似矩阵相似具有以下性质:(1)反身性:设A是n阶方阵,则证(2)对称性:(3)传递性:本章上页下页第31页,共81页,星期日,2025年,2月5日5.2相似矩阵定理1设为n阶矩阵A与B相似,则(1)A与B有相同的特征多项式,从而有相同的特征值.(2)A与B有相同的迹.(3)A与B有相同的行列式.(4)A与B的秩相等.本章上页下页第32页,共81页,星期日,2025年,2月5日5.2相似矩阵(1)存在n阶可逆矩阵P,使得证故A与B有相同的特征多项式,从而有相同的特征值.A与B有相同的特征值,(2)一个方阵的迹等于它的所有特征值的和,A与B有相同的迹.(3)取行列式本章上页下页第33页,共81页,星期日,2025年,2月5日例如5.2相似矩阵本章上页下页第34页,共81页,星期日,2025年,2月5日5.2相似矩阵定理2设为n阶矩阵A与B相似,则(1)A与B有相同的可逆性.(2)若A与B可逆,则(3)若m为正整数,则本章上页下页第35页,共81页,星期日,2025年,2月5日5.2相似矩阵(1)证同时为零或不为零,(2)即A与B或都可逆,或都不可逆.且都可逆,则存在可逆矩阵P,使得定理1本章上页下页第36页,共81页,星期日,2025年,2月5日例2设5.2相似矩阵则P、Q都可逆,且本章上页下页第37页,共81页,星期日,2025年,2月5日5.2相似矩阵本章上页下页第38页,共81页,星期日,2025年,2月5日5.2相似矩阵定理3n阶矩阵A与n阶对角矩阵相似的充分必要条件是矩阵A有n个线性无关的特征向量.必要性.证若n阶矩阵A与阶对角矩阵Λ相似,则存在可逆矩阵P使本章上页下页第39页,共81页,星期日,2025年,2月5日5.2相似矩阵是P的列向量组,则都是非零向量,都是A的特征向量,且这n个特征向量线性无关.本章上页下页第40页,共81页,星期日,2025年,2月5日5.2相似矩阵充分性.是A的n个线性无关的特征向量,它们所对应的特征值依次为线性无关,可逆,且本章上页下页第41页,共81页,星期日,2025年,2月5日5.2相似矩阵推论若n阶矩阵A有n个相异的特征值则A与对角矩阵相似.本章上页下页第42页,共81页,星期日,2025年,2月5日5.2相似矩阵注意A有n个相异特征值只是A与对角矩阵相似的充分条件而非必要条件.定义2若n阶方阵A与对角矩阵相似,则称矩阵A可以对角化.例3则P可逆,且本章上页下页第43页,共81页,星期日,2025年,2月5日例45.2相似矩阵对应的特征向量为则P可逆,且本章上页下页第44页,共81页,星期日,2025年,2月5日5.2相似矩阵定理4n阶矩阵A与对角矩阵相似的充分必要条件是对于每例如因此,矩阵A不能对角化.本章上页下页第45页,共81页,星期日,2025年,2月5日5.3实对称矩阵的特征值和特征向量1.向量的内积2.正交向量组3.正交矩阵本章上页下页4.实对称矩阵的特征值与特征向量第46页,共81页,星期日,2025年,2月5日5.3实对称矩阵的特征值和特征向量1.向量的内积的夹角的余弦为上页下页本节第47页,共81页,星期日,2025年,2月5日5.3实对称矩阵的特征值和特征向量定义1称为向量的内积,记作都是列向量时,有上页下页本节第48页,共81页,星期日,2025年,2月5日5.3实对称矩阵的特征值和特征向量内积有下列性质:(1)对称性:(2)线性性:(3)非负性:上页下页本节第49页,共81页,星期日,2025年,2月5日对于5.3实对称矩阵的特征值和特征向量定理1(柯西—许瓦茨不等式)中的任意两个向量证其中等号成立,当且仅当先证不等式成立.定理显然成立.对任意实数t,有上页下页本节第50页,共81页,星期日,2025年,2月5日5.3实对称矩阵的特征值和特征向量再证等号成立,当且仅当存在k,使得即对任意实数k,反之