求矩阵的特征值主要有以下几种方法:
根据定义求特征值和特征向量
设矩阵 (A) 是一个 (n times n) 矩阵,如果存在非零向量 (x) 和常数 (lambda) 使得 (Ax = lambda x),则 (lambda) 被称为矩阵 (A) 的特征值,(x) 被称为矩阵 (A) 的属于特征值 (lambda) 的特征向量。
通过求齐次线性方程组的基础解系求特征向量
已知矩阵 (A) 的特征值后,可以通过求解齐次线性方程组 (Ax = 0) 得到属于该特征值的线性无关的特征向量。
利用矩阵的行列式和迹求特征值
矩阵的所有特征值之积等于矩阵的行列式,即 (prod_{i=1}^{n} lambda_i = det(A))。
矩阵的迹(即主对角线上元素之和)等于所有特征值之和,即 (sum_{i=1}^{n} lambda_i = text{tr}(A))。
利用矩阵的相似性和互逆性求特征值
如果矩阵 (A) 和矩阵 (B) 相似,则 (A) 和 (B) 有相同的特征值。
如果矩阵 (A) 和矩阵 (B) 互逆,则 (A) 和 (B) 的特征值互为倒数。
特殊矩阵的特征值计算技巧
对于秩为1的矩阵,特征值有一个简单的规律:所有特征值除了一个非零值外,其余都是0。非零特征值可以通过矩阵的迹或行列式来求得。
示例
假设有一个三阶方阵 (A),其特征值分别为2, 2, -1。
计算行列式
(det(A) = 2 times 2 times (-1) = -4)。
利用特征值的性质
根据性质,如果 (lambda) 是 (A) 的特征值,则 (1/lambda) 也是 (A) 的特征值。因此,特征值可以是4, 4, 1。
求特征向量
对于特征值2,解齐次线性方程组 (Ax = 0),得到基础解系,从而得到属于特征值2的特征向量。
对于特征值-1,同样解齐次线性方程组 (Ax = 0),得到基础解系,从而得到属于特征值-1的特征向量。
通过以上步骤,可以系统地求出矩阵的特征值及其对应的特征向量。