5 , 设a1 , a2 ,
a3为两两正交的单位向量组
b1=a1+a2+a3
,
b2=a1+a2+a3
,
b3=a1+a2+a3
试证明b1 , b2 ,
b3也是两两正交的单位向量组
证:
要证明是两两正交的单位向量组,
需分别证明每个向量是单位向量(模长为1)
和任意两个向量的内积为0(两两正交)。
已知是两两正交的单位向量组,即满足内积性质:
一、证明是单位向量
单位向量的定义是向量自身的内积等于1,即()。
1.
证明
已知,则:
根据的正交性,当时,,
因此所有交叉项(的项)都为0,仅保留的项:
2.
证明
已知,则:
同理,交叉项()的内积为0,仅保留的项:
3.
证明
已知,则:
交叉项()的内积为0,仅保留的项:
综上,的自身内积均为1,因此都是单位向量。
二、证明两两正交
两两正交的定义是任意两个不同向量的内积为0,即(),
需证明、、。
1.
证明
交叉项()的内积为0,仅保留的项:
2.
证明
交叉项()的内积为0,仅保留的项:
3.
证明
交叉项()的内积为0,仅保留的项:
三、结论
既满足自身内积为1(是单位向量),
又满足任意两个不同向量的内积为0(两两正交),
因此是两两正交的单位向量组。
6 , 求下列矩阵的特征值和特征向量:
(1)
(2)
(3)
解:(1)|A
-λE|=
=-(1+λ)3
所以A的特征值为λ1=λ2=λ3=-1
(三重根)
对于特征值-1 , 解方程(A-(-1)E)x=0
由A+E=
得同解方程组:
得参数形式: (x3
可任意取值)
得参数形式:
(其中x3=c )
得齐次通解:(c3为任意实数)
得特征向量p=
(2)|A
-λE|=
=-(1+λ)=-λ(λ+1)(λ-9)
所以A的特征值为λ1=-1 , λ2=0 ,
λ3=9
当λ1=-1时 , 解方程(A-(-1)E)x=0
由A+E=
得同解方程组:
得参数形式: (x2
可任意取值)
得参数形式:
(其中x2=c )
得齐次通解:
得对应的特征向量p1=
当λ2=0时 , 解方程(A-0E)x=Ax=0
由A=
得同解方程组:
得参数形式: (x3
可任意取值)
得参数形式:
(其中x3=c )
得齐次通解:
得对应的特征向量p2=
当λ3=9时 , 解方程(A-9E)x=0
由A-9E=
得同解方程组:
得参数形式: (x3
可任意取值)
得参数形式:
(其中x3=c )
得齐次通解:
得对应的特征向量p3=
(3)特征多项式为
|A
-λE|=
所以A的特征值为λ1=λ2=-1 ,
λ3=λ4=1
当λ1=λ2=-1时 , 解方程(A+E)x=0
由A
+E=
得同解方程组:
得参数形式: (x3 ,
x4 可任意取值)
得参数形式:
(其中x3=c1 , x4=c2 )
得齐次通解:==+
得对应的线性无关特征向量为p1= ,
p2=
当λ3=λ4=1时,解方程(A-E)x=0
由A
-E=
得同解方程组:
得参数形式: (x3 ,
x4 可任意取值)
得参数形式:
(其中x3=c1 , x4=c2 )
得齐次通解:==+
得对应的线性无关特征向量为p3= ,
p4=