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二阶矩阵特征值怎么求

原创2025-06-20 07:43:45

二阶矩阵的特征值可以通过以下几种方法求解:

特征多项式法

对于二阶矩阵 \( A = \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix} \),其特征多项式为:

\[

f(\lambda) = \det(A - \lambda I) = \det \begin{pmatrix} a - \lambda & b \\ c & d - \lambda \end{pmatrix} = (a - \lambda)(d - \lambda) - bc

\]

令 \( f(\lambda) = 0 \),解这个二次方程即可得到特征值:

\[

\lambda^2 - (a + d)\lambda + (ad - bc) = 0

\]

使用求根公式:

\[

\lambda = \frac{(a + d) \pm \sqrt{(a + d)^2 - 4(ad - bc)}}{2}

\]

其中,\(\Delta = (a + d)^2 - 4(ad - bc)\) 是判别式。

迭代法

根据特征值的定义,设列向量为 \((a, b)\) 和 \((c, d)\),则有:

\[

\begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \end{pmatrix} = \lambda \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \end{pmatrix}

\]

得到两个方程:

\[

\begin{cases}

ax_1 + cx_2 = \lambda x_1 \\

bx_1 + dx_2 = \lambda x_2

\end{cases}

\]

解这个方程组,可以求得特征值 \(\lambda\) 和对应的特征向量。

使用计算工具

可以使用数学软件如 MATLAB、Mathematica 或在线工具来计算特征值。例如,在 MATLAB 中,可以使用 `eig` 函数:

```matlab

A = [1 2; 4 0];

[V, D] = eig(A);

```

这里 \(V\) 是特征向量矩阵,\(D\) 是特征值对角矩阵。

建议

选择合适的方法:对于简单的二阶矩阵,可以直接使用特征多项式法求解。对于复杂或需要迭代求解的情况,可以选择迭代法或使用计算工具。

验证结果:在得到特征值后,可以通过特征向量验证结果的正确性。特征向量应当与特征值对应,并且满足原矩阵的线性变换关系。

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