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矩阵的特征向量怎么求

原创2025-07-23 02:04:10

求矩阵的特征向量通常需要以下步骤:

求特征值

首先,需要求出矩阵的特征值。这通常通过求解特征多项式 $|A - \lambda E| = 0$ 来实现,其中 $A$ 是待求特征向量的矩阵,$\lambda$ 是特征值,$E$ 是单位矩阵。

求特征向量

对于每一个特征值 $\lambda$,求解齐次线性方程组 $(A - \lambda E)X = 0$。这个方程组的基础解系就是对应于该特征值的特征向量。

具体地,将每个特征值 $\lambda$ 代入方程 $(A - \lambda E)X = 0$,求解该方程得到所有非零解,这些解构成对应于该特征值的特征向量空间。

验证和组合

得到的特征向量可能不是唯一的,它们可以线性组合成同一特征值对应的特征空间中的任意向量。

对于实对称矩阵,不同特征值的特征向量是正交的。

示例

假设有一个 $3 \times 3$ 矩阵 $A$,我们要求其特征值和特征向量。

求特征值

计算特征多项式 $|A - \lambda E| = 0$,例如:

$$

\begin{vmatrix}

1 - \lambda & 2 & 3 \\

4 & 1 - \lambda & -1 \\

6 & -2 & 1 - \lambda

\end{vmatrix} = 0

$$

解这个特征多项式得到特征值 $\lambda_1, \lambda_2, \lambda_3$。

求特征向量

对于每个特征值 $\lambda_i$,求解方程组 $(A - \lambda_i E)X = 0$,例如:

当 $\lambda_1 = 2$ 时,解方程组:

$$

\begin{pmatrix}

-1 & 2 & 3 \\

4 & -1 & -1 \\

6 & -2 & -1

\end{pmatrix}

\begin{pmatrix}

x_1 \\

x_2 \\

x_3

\end{pmatrix}

=

\begin{pmatrix}

0 \\

0 \\

0

\end{pmatrix}

$$

得到基础解系,例如 $v_1 = (1, -2, 1)^T$。

组合特征向量

对每个特征值,其特征向量可以表示为基础解系的线性组合,例如:

对于 $\lambda_1 = 2$,特征向量为 $c_1 v_1$,其中 $c_1$ 是任意非零常数。

通过以上步骤,可以求得矩阵 $A$ 的所有特征值及其对应的特征向量。

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