線形代数 例
A=[221100021]
ステップ 1
公式を設定し特性方程式p(λ)を求めます。
p(λ)=行列式(A-λI3)
ステップ 2
サイズ3の単位行列または恒等行列は3×3正方行列で、主対角線上に1があり、その他の部分に0があります。
[100010001]
ステップ 3
ステップ 3.1
[221100021]をAに代入します。
p(λ)=行列式([221100021]-λI3)
ステップ 3.2
[100010001]をI3に代入します。
p(λ)=行列式([221100021]-λ[100010001])
p(λ)=行列式([221100021]-λ[100010001])
ステップ 4
ステップ 4.1
各項を簡約します。
ステップ 4.1.1
-λに行列の各要素を掛けます。
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
ステップ 4.1.2
行列の各要素を簡約します。
ステップ 4.1.2.1
-1に1をかけます。
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
ステップ 4.1.2.2
-λ⋅0を掛けます。
ステップ 4.1.2.2.1
0に-1をかけます。
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ0λ-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
ステップ 4.1.2.2.2
0にλをかけます。
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
ステップ 4.1.2.3
-λ⋅0を掛けます。
ステップ 4.1.2.3.1
0に-1をかけます。
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ00λ-λ⋅0-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
ステップ 4.1.2.3.2
0にλをかけます。
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ00-λ⋅0-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ00-λ⋅0-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
ステップ 4.1.2.4
-λ⋅0を掛けます。
ステップ 4.1.2.4.1
0に-1をかけます。
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ000λ-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
ステップ 4.1.2.4.2
0にλをかけます。
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ000-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ000-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
ステップ 4.1.2.5
-1に1をかけます。
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ000-λ-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
ステップ 4.1.2.6
-λ⋅0を掛けます。
ステップ 4.1.2.6.1
0に-1をかけます。
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ000-λ0λ-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
ステップ 4.1.2.6.2
0にλをかけます。
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ000-λ0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ000-λ0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
ステップ 4.1.2.7
-λ⋅0を掛けます。
ステップ 4.1.2.7.1
0に-1をかけます。
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ000-λ00λ-λ⋅0-λ⋅1])
ステップ 4.1.2.7.2
0にλをかけます。
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ000-λ00-λ⋅0-λ⋅1])
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ000-λ00-λ⋅0-λ⋅1])
ステップ 4.1.2.8
-λ⋅0を掛けます。
ステップ 4.1.2.8.1
0に-1をかけます。
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ000-λ000λ-λ⋅1])
ステップ 4.1.2.8.2
0にλをかけます。
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ000-λ000-λ⋅1])
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ000-λ000-λ⋅1])
ステップ 4.1.2.9
-1に1をかけます。
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ000-λ000-λ])
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ000-λ000-λ])
p(λ)=行列式([221100021]+[-λ000-λ000-λ])
ステップ 4.2
対応する要素を足します。
p(λ)=行列式[2-λ2+01+01+00-λ0+00+02+01-λ]
ステップ 4.3
各要素を簡約します。
ステップ 4.3.1
2と0をたし算します。
p(λ)=行列式[2-λ21+01+00-λ0+00+02+01-λ]
ステップ 4.3.2
1と0をたし算します。
p(λ)=行列式[2-λ211+00-λ0+00+02+01-λ]
ステップ 4.3.3
1と0をたし算します。
p(λ)=行列式[2-λ2110-λ0+00+02+01-λ]
ステップ 4.3.4
0からλを引きます。
p(λ)=行列式[2-λ211-λ0+00+02+01-λ]
ステップ 4.3.5
0と0をたし算します。
p(λ)=行列式[2-λ211-λ00+02+01-λ]
ステップ 4.3.6
0と0をたし算します。
p(λ)=行列式[2-λ211-λ002+01-λ]
ステップ 4.3.7
2と0をたし算します。
p(λ)=行列式[2-λ211-λ0021-λ]
p(λ)=行列式[2-λ211-λ0021-λ]
p(λ)=行列式[2-λ211-λ0021-λ]
ステップ 5
ステップ 5.1
最大の0要素を持つ行または列を選択します。0要素がなければ、いずれかの行または列を選択します。列1の各要素に余因子を乗算して加算します。
ステップ 5.1.1
該当する符号図を考慮します。
|+-+-+-+-+|
ステップ 5.1.2
指数が符号図の-位置に一致するなら、余因子は符号を変更した小行列式です。
ステップ 5.1.3
a11の小行列式は、行1と列1を削除した行列式です。
|-λ021-λ|
ステップ 5.1.4
要素a11にその余因子を掛けます。
(2-λ)|-λ021-λ|
ステップ 5.1.5
a21の小行列式は、行2と列1を削除した行列式です。
|2121-λ|
ステップ 5.1.6
要素a21にその余因子を掛けます。
-1|2121-λ|
ステップ 5.1.7
a31の小行列式は、行3と列1を削除した行列式です。
|21-λ0|
ステップ 5.1.8
要素a31にその余因子を掛けます。
0|21-λ0|
ステップ 5.1.9
項同士を足します。
p(λ)=(2-λ)|-λ021-λ|-1|2121-λ|+0|21-λ0|
p(λ)=(2-λ)|-λ021-λ|-1|2121-λ|+0|21-λ0|
ステップ 5.2
0に|21-λ0|をかけます。
p(λ)=(2-λ)|-λ021-λ|-1|2121-λ|+0
ステップ 5.3
|-λ021-λ|の値を求めます。
ステップ 5.3.1
2×2行列の行列式は公式|abcd|=ad-cbを利用して求めることができます。
p(λ)=(2-λ)(-λ(1-λ)-2⋅0)-1|2121-λ|+0
ステップ 5.3.2
行列式を簡約します。
ステップ 5.3.2.1
各項を簡約します。
ステップ 5.3.2.1.1
分配則を当てはめます。
p(λ)=(2-λ)(-λ⋅1-λ(-λ)-2⋅0)-1|2121-λ|+0
ステップ 5.3.2.1.2
-1に1をかけます。
p(λ)=(2-λ)(-λ-λ(-λ)-2⋅0)-1|2121-λ|+0
ステップ 5.3.2.1.3
積の可換性を利用して書き換えます。
p(λ)=(2-λ)(-λ-1⋅-1λ⋅λ-2⋅0)-1|2121-λ|+0
ステップ 5.3.2.1.4
各項を簡約します。
ステップ 5.3.2.1.4.1
指数を足してλにλを掛けます。
ステップ 5.3.2.1.4.1.1
λを移動させます。
p(λ)=(2-λ)(-λ-1⋅-1(λ⋅λ)-2⋅0)-1|2121-λ|+0
ステップ 5.3.2.1.4.1.2
λにλをかけます。
p(λ)=(2-λ)(-λ-1⋅-1λ2-2⋅0)-1|2121-λ|+0
p(λ)=(2-λ)(-λ-1⋅-1λ2-2⋅0)-1|2121-λ|+0
ステップ 5.3.2.1.4.2
-1に-1をかけます。
p(λ)=(2-λ)(-λ+1λ2-2⋅0)-1|2121-λ|+0
ステップ 5.3.2.1.4.3
λ2に1をかけます。
p(λ)=(2-λ)(-λ+λ2-2⋅0)-1|2121-λ|+0
p(λ)=(2-λ)(-λ+λ2-2⋅0)-1|2121-λ|+0
ステップ 5.3.2.1.5
-2に0をかけます。
p(λ)=(2-λ)(-λ+λ2+0)-1|2121-λ|+0
p(λ)=(2-λ)(-λ+λ2+0)-1|2121-λ|+0
ステップ 5.3.2.2
-λ+λ2と0をたし算します。
p(λ)=(2-λ)(-λ+λ2)-1|2121-λ|+0
ステップ 5.3.2.3
-λとλ2を並べ替えます。
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1|2121-λ|+0
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1|2121-λ|+0
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1|2121-λ|+0
ステップ 5.4
|2121-λ|の値を求めます。
ステップ 5.4.1
2×2行列の行列式は公式|abcd|=ad-cbを利用して求めることができます。
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(2(1-λ)-2⋅1)+0
ステップ 5.4.2
行列式を簡約します。
ステップ 5.4.2.1
各項を簡約します。
ステップ 5.4.2.1.1
分配則を当てはめます。
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(2⋅1+2(-λ)-2⋅1)+0
ステップ 5.4.2.1.2
2に1をかけます。
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(2+2(-λ)-2⋅1)+0
ステップ 5.4.2.1.3
-1に2をかけます。
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(2-2λ-2⋅1)+0
ステップ 5.4.2.1.4
-2に1をかけます。
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(2-2λ-2)+0
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(2-2λ-2)+0
ステップ 5.4.2.2
2-2λ-2の反対側の項を組み合わせます。
ステップ 5.4.2.2.1
2から2を引きます。
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(-2λ+0)+0
ステップ 5.4.2.2.2
-2λと0をたし算します。
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(-2λ)+0
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(-2λ)+0
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(-2λ)+0
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(-2λ)+0
ステップ 5.5
行列式を簡約します。
ステップ 5.5.1
(2-λ)(λ2-λ)-1(-2λ)と0をたし算します。
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(-2λ)
ステップ 5.5.2
各項を簡約します。
ステップ 5.5.2.1
分配法則(FOIL法)を使って(2-λ)(λ2-λ)を展開します。
ステップ 5.5.2.1.1
分配則を当てはめます。
p(λ)=2(λ2-λ)-λ(λ2-λ)-1(-2λ)
ステップ 5.5.2.1.2
分配則を当てはめます。
p(λ)=2λ2+2(-λ)-λ(λ2-λ)-1(-2λ)
ステップ 5.5.2.1.3
分配則を当てはめます。
p(λ)=2λ2+2(-λ)-λ⋅λ2-λ(-λ)-1(-2λ)
p(λ)=2λ2+2(-λ)-λ⋅λ2-λ(-λ)-1(-2λ)
ステップ 5.5.2.2
簡約し、同類項をまとめます。
ステップ 5.5.2.2.1
各項を簡約します。
ステップ 5.5.2.2.1.1
-1に2をかけます。
p(λ)=2λ2-2λ-λ⋅λ2-λ(-λ)-1(-2λ)
ステップ 5.5.2.2.1.2
指数を足してλにλ2を掛けます。
ステップ 5.5.2.2.1.2.1
λ2を移動させます。
p(λ)=2λ2-2λ-(λ2λ)-λ(-λ)-1(-2λ)
ステップ 5.5.2.2.1.2.2
λ2にλをかけます。
ステップ 5.5.2.2.1.2.2.1
λを1乗します。
p(λ)=2λ2-2λ-(λ2λ1)-λ(-λ)-1(-2λ)
ステップ 5.5.2.2.1.2.2.2
べき乗則aman=am+nを利用して指数を組み合わせます。
p(λ)=2λ2-2λ-λ2+1-λ(-λ)-1(-2λ)
p(λ)=2λ2-2λ-λ2+1-λ(-λ)-1(-2λ)
ステップ 5.5.2.2.1.2.3
2と1をたし算します。
p(λ)=2λ2-2λ-λ3-λ(-λ)-1(-2λ)
p(λ)=2λ2-2λ-λ3-λ(-λ)-1(-2λ)
ステップ 5.5.2.2.1.3
積の可換性を利用して書き換えます。
p(λ)=2λ2-2λ-λ3-1⋅-1λ⋅λ-1(-2λ)
ステップ 5.5.2.2.1.4
指数を足してλにλを掛けます。
ステップ 5.5.2.2.1.4.1
λを移動させます。
p(λ)=2λ2-2λ-λ3-1⋅-1(λ⋅λ)-1(-2λ)
ステップ 5.5.2.2.1.4.2
λにλをかけます。
p(λ)=2λ2-2λ-λ3-1⋅-1λ2-1(-2λ)
p(λ)=2λ2-2λ-λ3-1⋅-1λ2-1(-2λ)
ステップ 5.5.2.2.1.5
-1に-1をかけます。
p(λ)=2λ2-2λ-λ3+1λ2-1(-2λ)
ステップ 5.5.2.2.1.6
λ2に1をかけます。
p(λ)=2λ2-2λ-λ3+λ2-1(-2λ)
p(λ)=2λ2-2λ-λ3+λ2-1(-2λ)
ステップ 5.5.2.2.2
2λ2とλ2をたし算します。
p(λ)=3λ2-2λ-λ3-1(-2λ)
p(λ)=3λ2-2λ-λ3-1(-2λ)
ステップ 5.5.2.3
-2に-1をかけます。
p(λ)=3λ2-2λ-λ3+2λ
p(λ)=3λ2-2λ-λ3+2λ
ステップ 5.5.3
3λ2-2λ-λ3+2λの反対側の項を組み合わせます。
ステップ 5.5.3.1
-2λと2λをたし算します。
p(λ)=3λ2-λ3+0
ステップ 5.5.3.2
3λ2-λ3と0をたし算します。
p(λ)=3λ2-λ3
p(λ)=3λ2-λ3
ステップ 5.5.4
3λ2と-λ3を並べ替えます。
p(λ)=-λ3+3λ2
p(λ)=-λ3+3λ2
p(λ)=-λ3+3λ2
ステップ 6
特性多項式を0と等しくし、固有値λを求めます。
-λ3+3λ2=0
ステップ 7
ステップ 7.1
-λ2を-λ3+3λ2で因数分解します。
ステップ 7.1.1
-λ2を-λ3で因数分解します。
-λ2λ+3λ2=0
ステップ 7.1.2
-λ2を3λ2で因数分解します。
-λ2λ-λ2⋅-3=0
ステップ 7.1.3
-λ2を-λ2(λ)-λ2(-3)で因数分解します。
-λ2(λ-3)=0
-λ2(λ-3)=0
ステップ 7.2
方程式の左辺の個々の因数が0と等しいならば、式全体は0と等しくなります。
λ2=0
λ-3=0
ステップ 7.3
λ2を0に等しくし、λを解きます。
ステップ 7.3.1
λ2が0に等しいとします。
λ2=0
ステップ 7.3.2
λについてλ2=0を解きます。
ステップ 7.3.2.1
方程式の両辺の指定した根をとり、左辺の指数を消去します。
λ=±√0
ステップ 7.3.2.2
±√0を簡約します。
ステップ 7.3.2.2.1
0を02に書き換えます。
λ=±√02
ステップ 7.3.2.2.2
正の実数と仮定して、累乗根の下から項を取り出します。
λ=±0
ステップ 7.3.2.2.3
プラスマイナス0は0です。
λ=0
λ=0
λ=0
λ=0
ステップ 7.4
λ-3を0に等しくし、λを解きます。
ステップ 7.4.1
λ-3が0に等しいとします。
λ-3=0
ステップ 7.4.2
方程式の両辺に3を足します。
λ=3
λ=3
ステップ 7.5
最終解は-λ2(λ-3)=0を真にするすべての値です。
λ=0,3
λ=0,3