矩陣對角化相關推導

前提條件:

有一個n 階可逆矩陣A

A=(a11a12a1na21a22a2nan1an2ann)

對於行列式爲:
|A|=|a11a12a1na21a22a2nan1an2ann|

則其伴隨矩陣爲:
A=(A11A21An1A12A22An2A1nA2nAnn)

則逆矩陣爲:
A1=A|A|

爲什麼A1 會是這樣

驗證:
前提
行列式按照某一行展開:

|A|=|a11a12a1na21a22a2n ai1ai2ain an1an2ann|=ai1Ai1+ai2Ai2++ainAin

所以如果是:

aj1Ai1+aj2Ai2++ajnAin=|a11a12a1na21a22a2n aj1aj2ajn aj1aj2ajn an1an2ann|=0

爲什麼A1=A|A|
因爲:

A1A=A|A|A=(A11|A|A21|A|An1|A|A12|A|A22|A|An2|A|A1n|A|A2n|A|Ann|A|)(a11a12a1na21a22a2nan1an2ann)=(a11A11++an1An1|A|a12A11++an2An1|A|a1nA11++annAn1|A|a11A12++an1An2|A|a12A11++an2An1|A|a1nA11++annAn1|A|a11A1n++an1Ann|A|a12A1n++an2Ann|A|a1nA1n++annAnn|A|)=(|A||A|0|A|0|A|0|A||A||A|0|A|0|A|0|A||A||A|)=(100010001)=E

A1A=A|A|A=(A11|A|A21|A|An1|A|A12|A|A22|A|An2|A|A1n|A|A2n|A|Ann|A|)(a11a12a1na21a22a2nan1an2ann)=(β1Tβ2TβnT)(α1,α2,,αn)

顯然:

βiTαj={0,ij1,i=j

在矩陣的對角化中,
假設矩陣A 的特徵值爲λ1,λ2,,λn ,對應的特徵向量爲α1,α2,,αn
爲什麼由特徵向量構成的矩陣

P=(α1,α2,,αn)

若要矩陣P 可逆,則α1,α2,,αn 線性無關
則此時:
P1AP=(β1Tβ2TβnT)A(α1,α2,,αn)=(β1Tβ2TβnT)(Aα1,Aα2,,Aαn)=(β1Tβ2TβnT)(λ1α1,λ2α2,,λnαn)=(β1Tλ1α1β1Tλ2α2β1Tλnαnβ2Tλ1α1β2Tλ2α2β2TλnαnβnTλ1α1βnTλ2α2βnTλnαn)=(β1Tλ1α1000β2Tλ2α2000βnTλnαn)=(λ1000λ2000λn)
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