19 , 试求一个正交的相似变换矩阵 , 将下列对称阵化为对角阵:
(1)
(2)
解:(1)先求特征值:
|A
-λE|==-λ(1-λ)(2-λ)-4(2-λ)+4λ=0
特征值为λ1=-2 , λ2=1 , λ3=4
再求特征向量:
对应λ1=-2 ,
解方程(A+2E)x=x=0
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: (c为任意实数)
得特征向量p1=
对应λ2=1 ,
解方程(A-E)x=x=0
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: (c为任意实数)
得特征向量p2=
对应λ3=4 ,
解方程(A-4E)x=x=0
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:
(c为任意实数)
得特征向量p3=
正交单位化特征向量
对称矩阵不同特征值对应的特征向量已正交(ξ₁与ξ₂、ξ₁与ξ₃、ξ₂与ξ₃内积为0),只需单位化:
单位化ξ₁:
单位化ξ₂:
单位化ξ₃:
令P=(p1 , p2 ,
p3)= , 则P是正交阵
且
有P-1AP=PTAP==
(2) det(A
-λE)==-(1-λ)2(λ-10)
所以A的特征值为λ1=10 ,
λ2=λ3=1(二重根)
对应λ1=10 , 解方程(A
-10E)x=x=0
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:
(c为任意实数)
得特征向量p1=
得单位特征向量p1=
对应λ2=λ3=1 ,
解方程(A-E)x=x=0
得同解方程组: x1+2x2-2x3=0
得参数形式: x1=-2x2+2x3
(x2 , x3可任意取值)
得参数形式:
(其中x2=c1, x3=c2 )
得齐次通解: (c1,
c2为任意实数)
得线性无关特征向量:
a1= ,
a2=
将a1和a2正交化得 ,
b2=a2-
b1=
再分别单位化得:
p2= ,
p3=
令P=(p1 , p2 ,
p3)= , 则P是正交阵
且有P-1AP=PTAP
=
=
20 ,
设矩阵A=与Λ=相似 , 求x , y
并求一个正交阵P , 使P-1AP=Λ
解:
根据相似矩阵的性质:
1.
迹相等:
2.
行列式相等:
步骤 1:利用迹相等
令其相等:
步骤 2:利用行列式相等
令行列式相等:
代入
:
二、求正交矩阵
,使得
此时:
1. 求特征值
对应的正交单位特征向量
解
:
得同解方程:
得基础解系:
正交化:
单位化:
2. 求特征值
对应的单位特征向量
解
得同解方程组:
得基础解系:
单位化:
3. 构造正交矩阵
由于
是两两正交的单位向量,
是正交矩阵,
求正交矩阵
的逆矩阵
根据正交矩阵的性质:
若
为正交矩阵,则其逆矩阵等于其转置矩阵,即
对矩阵
进行转置运算:
验证
由于
,只需验证
即可。
经计算验证,
成立。
故该正交相似对角化结果正确。
最终答案:,