id1088937 pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! - http://www.pdfmachine.com http://www.broadgun.com 5. Wartoœci wùasne i wektory wùasne macierzy Niech A bêdzie macierz¹ kwadratow¹ stopnia n.



Liczbê ë nazywamy wartoœci¹ wùasn¹ macierzy A gdy istnieje niezerowy wektor v wartoœã wùasna

(o rzeczywistych lub zespolonych wsp





óùrzêdnych) taki, ¿e Av   v .

macierzy

Dowodzi siê, ¿e wartoœci wùasne s¹ pierwiastkami równania charakterystycznego tej macierzy.

Niezerowy wektor 

wektor

v nazywamy wektorem wùasnym macierzy A odpowiadaj¹cym wùasny warto





œci wùasnej  tej macierzy, je¿eli speùniony jest warunek: Av   v .

macierzy

 a 11

a 12



a 1

v

n 

 1 









a 21

a 22



a

v

Zatem dla macierzy



2 n 



2

A 

wektor wùasny





v 

odpowiadaj¹cy

 





 

  









 a 1

a 2



a

v

n

n

nn 

 n 

wartoœci wùasnej  tej macierzy musi speùniaã równanie

 1

a 1  

1

a 2



1

a

v

n

  1 

0



 



 

a 21

a 22  

a

v

0





2 n

  2 

 



.











   

  



 



 

a

a

a



v

0



1

n

n 2





nn

  n 

 

UWAGA.

Wektor w



ùasny v odpowiadaj¹cy wartoœci wùasnej  jest okreœlony z dokùadnoœci¹

 v 1 





v

do sta



2

ùej to znaczy: jeœli





v 

jest wektorem wùasnym odpowiadaj¹cym wartoœci

  





 vn 

 cv 1 





cv

w



2

ùasnej  to równie¿





v

c 

jest wektorem wùasnym odpowiadaj¹cym wartoœci

  





 cvn 

wùasnej  .

............................................................................................

PRZYK£AD

0

2

Wyznaczy





ã wartoœci wùasne i wektory wùasne macierzy A 

.





2

3





Rozwi¹zanie

Szukamy pierwiastków równania charakterystycznego macierzy A

 0

2

1

0











 

2





2

det A  I  det

 

  det

   3  4

 2 3

0 1



 2

3



 











  

2

  3  4  0     ,

1   4

1

2

Dla ka



¿dej wartoœci wùasnej  obliczamy odpowiadaj¹cy jej wektor wùasny v .

Dla wartoœci   1 mamy

1







( A   I





1

v

A



czyli

v

)

 0

1

 1

v

1

1

1

2

v

0



 



 

v

 2 v

 0

11

 11

12





 v

 2 v

 0

2 4   

v

0

2 v  4 v  0

11

12

12

11

12



 



 



Powy¿szy ukùad jest ukùadem jednorodnym, co oznacza, ¿e gdy ukùad ma dokùadnie jedno rozwi¹zanie to musi to byã rozwi¹zanie zerowe. Jednak takie rozwi¹zanie nie speùnia warunków zadania (wektor wùasny nie mo¿e byã wektorem zerowym).

Zatem ukùad ten jest ukùadem nieoznaczonym – ma nieskoñczenie wiele rozwi¹zañ zale¿nych od 1 parametru.

Przyjmujemy v

1 i w

v

 2

.

21 

ówczas

v

 2

22

21



 2

v 1 

1

Zatem v

.

2 







 

v

2

 22 

 

Dla wartoœci 

4 mamy

2 









Av

czyli ( A   I ) v  0

2  2 v 2

2

2

 4

2

v

0



 



 

 4 v

 2 v

 0

21



21

22





 2 v

 v

 0

 2

 1 





v

0

 2 v  v  0

21

22

22

21

22



 



 



Ukùad ten ma nieskoñczenie wiele rozwi¹zañ zale¿nych od 1 parametru.

Przyjmujemy v

1 i w

v

 2

.

21 

ówczas

v

 2

22

21



 2

v 1 

1

Zatem v

.

2 







 

v

2

 22 

 

...........................................................................................

PRZYK£AD

1

0

0 

Wyznaczy





ã wartoœci wùasne i wektory wùasne macierzy B  0

1

 1 .





0

1

1 





Rozwi¹zanie

Szukamy pierwiastków równania charakterystycznego macierzy B:

 1

0

0

1

0

0











1  

0

0









det B  ëI 



 det

0

1

 1



  0

1

0





  det

0

1  

 1  













 0 1

1 

0

0

1





 0

1

1  

 













3

   3 2

  4  2

3

2

   3  4  2  0 

1

  ,

1 2  1  i, 3  1  i

Dla ka



¿dej wartoœci wùasnej  obliczamy odpowiadaj¹cy jej wektor wùasny v .

Dla wartoœci 

1 mamy

1 









A

( A   I

1

v 

czyli

v

)

 0

1

 1

v

1

1

0

0

0   1

v 1 

0

 0  0



 



 



0

0

1

1

v 2  0   1

v 3  0



 



 



0

1

0   v 

0

v

0



  13 

 

 12 

Ukùad ten ma zatem nieskoñczenie wiele rozwi¹zañ zale¿nych od 1 parametru, przy czym parametrem tym musi byã 1

v . Poniewa

1

¿ wektor wùasny nie mo¿e byã wektorem zerowym a zarówno v 0 jak i v

0 to przyjmujemy v

1 .

12 

13 

11 

 1

v 1 

1

W







 

ówczas

1

v 

1

v 2

 0





 

 v 

0

 13 

 

Dla wartoœci

 1

mamy

2



 i









v

A

( A   I )

2 

czyli

v  0

2

 v 2

2

2

 i

0

0   v

0

iv

0

21 

 





21 

iv

0

v

0



 



 



 

21 



21 

0

 i

 1

v

0

iv

v

0

22







22 

23 













 



 

v

iv

0



 22 

23 

 2

v 2  i 2

v 3

 0

1

 i  v 

0

v

iv

0



  23 

 



22 

23 

Ukùad ten ma nieskoñczenie wiele rozwi¹zañ zale¿nych od 1 parametru.

Przyjmujemy v

1.

23 

Wówczas v

.

22  iv 23  i

 2

v 1 

0

Zatem 





 

v

.

2 

v 22  i





 

 v 

1

 23 

 

Dla wartoœci

 1

mamy

3



 i







( A   I )

3

v

A



czyli

v  0

3

 3

v

3

3

 i

0

0   v

0

iv

0

31 

 



31 

iv

0

v

0



 



 





31 



31 

0

i

1

v

0

iv

v

0

32





32 

33 













 



 

v

iv

0



 32 

33 

 3

v 2   i 3

v 3

0

1

i   v 

0

v

iv

0



  33 

 

 32 

33 

Ukùad ten ma nieskoñczenie wiele rozwi¹zañ zale¿nych od 1 parametru.

Przyjmujemy v

1 i w

.

33 

ówczas v 32  i

 v 33   i

 3

v 1 

 0 

Zatem 







 .

3

v 

3

v 2   i









 v 

 1 

 33 





...........................................................................................