有限数学例

$[\begin{array}{c} 1 & 2 \\ 4 & 2 \end{array}]$

ステップ 1

公式を設定し特性方程式 $p (λ)$ を求めます。

$p (λ) = 行列式 (A - λ I_{2})$

ステップ 2

サイズ $2$ の単位行列または恒等行列は $2 \times 2$ 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。

$[\begin{array}{c} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{array}]$

ステップ 3

既知の値を $p (λ) = 行列式 (A - λ I_{2})$ に代入します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 3.1

$[\begin{array}{c} 1 & 2 \\ 4 & 2 \end{array}]$ を $A$ に代入します。

$p (λ) = 行列式 ([\begin{array}{c} 1 & 2 \\ 4 & 2 \end{array}] - λ I_{2})$

ステップ 3.2

$[\begin{array}{c} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{array}]$ を $I_{2}$ に代入します。

$p (λ) = 行列式 ([\begin{array}{c} 1 & 2 \\ 4 & 2 \end{array}] - λ [\begin{array}{c} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{array}])$

ステップ 4

簡約します。

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ステップ 4.1

各項を簡約します。

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ステップ 4.1.1

$- λ$ に行列の各要素を掛けます。

$p (λ) = 行列式 ([\begin{array}{c} 1 & 2 \\ 4 & 2 \end{array}] + [\begin{array}{c} - λ \cdot 1 & - λ \cdot 0 \\ - λ \cdot 0 & - λ \cdot 1 \end{array}])$

ステップ 4.1.2

行列の各要素を簡約します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 4.1.2.1

$- 1$ に $1$ をかけます。

$p (λ) = 行列式 ([\begin{array}{c} 1 & 2 \\ 4 & 2 \end{array}] + [\begin{array}{c} - λ & - λ \cdot 0 \\ - λ \cdot 0 & - λ \cdot 1 \end{array}])$

ステップ 4.1.2.2

$- λ \cdot 0$ を掛けます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 4.1.2.2.1

$0$ に $- 1$ をかけます。

$p (λ) = 行列式 ([\begin{array}{c} 1 & 2 \\ 4 & 2 \end{array}] + [\begin{array}{c} - λ & 0 λ \\ - λ \cdot 0 & - λ \cdot 1 \end{array}])$

ステップ 4.1.2.2.2

$0$ に $λ$ をかけます。

$p (λ) = 行列式 ([\begin{array}{c} 1 & 2 \\ 4 & 2 \end{array}] + [\begin{array}{c} - λ & 0 \\ - λ \cdot 0 & - λ \cdot 1 \end{array}])$

ステップ 4.1.2.3

$- λ \cdot 0$ を掛けます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 4.1.2.3.1

$0$ に $- 1$ をかけます。

$p (λ) = 行列式 ([\begin{array}{c} 1 & 2 \\ 4 & 2 \end{array}] + [\begin{array}{c} - λ & 0 \\ 0 λ & - λ \cdot 1 \end{array}])$

ステップ 4.1.2.3.2

$0$ に $λ$ をかけます。

$p (λ) = 行列式 ([\begin{array}{c} 1 & 2 \\ 4 & 2 \end{array}] + [\begin{array}{c} - λ & 0 \\ 0 & - λ \cdot 1 \end{array}])$

ステップ 4.1.2.4

$- 1$ に $1$ をかけます。

$p (λ) = 行列式 ([\begin{array}{c} 1 & 2 \\ 4 & 2 \end{array}] + [\begin{array}{c} - λ & 0 \\ 0 & - λ \end{array}])$

ステップ 4.2

対応する要素を足します。

$p (λ) = 行列式 [\begin{array}{c} 1 - λ & 2 + 0 \\ 4 + 0 & 2 - λ \end{array}]$

ステップ 4.3

Simplify each element.

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ステップ 4.3.1

$2$ と $0$ をたし算します。

$p (λ) = 行列式 [\begin{array}{c} 1 - λ & 2 \\ 4 + 0 & 2 - λ \end{array}]$

ステップ 4.3.2

$4$ と $0$ をたし算します。

$p (λ) = 行列式 [\begin{array}{c} 1 - λ & 2 \\ 4 & 2 - λ \end{array}]$

ステップ 5

Find the determinant.

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ステップ 5.1

$2 \times 2$ 行列の行列式は公式 $| \begin{array}{c} a & b \\ c & d \end{array} | = a d - c b$ を利用して求めることができます。

$p (λ) = (1 - λ) (2 - λ) - 4 \cdot 2$

ステップ 5.2

行列式を簡約します。

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ステップ 5.2.1

各項を簡約します。

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ステップ 5.2.1.1

分配法則（FOIL法）を使って $(1 - λ) (2 - λ)$ を展開します。

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ステップ 5.2.1.1.1

分配則を当てはめます。

$p (λ) = 1 (2 - λ) - λ (2 - λ) - 4 \cdot 2$

ステップ 5.2.1.1.2

分配則を当てはめます。

$p (λ) = 1 \cdot 2 + 1 (- λ) - λ (2 - λ) - 4 \cdot 2$

ステップ 5.2.1.1.3

分配則を当てはめます。

$p (λ) = 1 \cdot 2 + 1 (- λ) - λ \cdot 2 - λ (- λ) - 4 \cdot 2$

ステップ 5.2.1.2

簡約し、同類項をまとめます。

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ステップ 5.2.1.2.1

各項を簡約します。

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ステップ 5.2.1.2.1.1

$2$ に $1$ をかけます。

$p (λ) = 2 + 1 (- λ) - λ \cdot 2 - λ (- λ) - 4 \cdot 2$

ステップ 5.2.1.2.1.2

$- λ$ に $1$ をかけます。

$p (λ) = 2 - λ - λ \cdot 2 - λ (- λ) - 4 \cdot 2$

ステップ 5.2.1.2.1.3

$2$ に $- 1$ をかけます。

$p (λ) = 2 - λ - 2 λ - λ (- λ) - 4 \cdot 2$

ステップ 5.2.1.2.1.4

積の可換性を利用して書き換えます。

$p (λ) = 2 - λ - 2 λ - 1 \cdot - 1 λ \cdot λ - 4 \cdot 2$

ステップ 5.2.1.2.1.5

指数を足して $λ$ に $λ$ を掛けます。

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ステップ 5.2.1.2.1.5.1

$λ$ を移動させます。

$p (λ) = 2 - λ - 2 λ - 1 \cdot - 1 (λ \cdot λ) - 4 \cdot 2$

ステップ 5.2.1.2.1.5.2

$λ$ に $λ$ をかけます。

$p (λ) = 2 - λ - 2 λ - 1 \cdot - 1 λ^{2} - 4 \cdot 2$

ステップ 5.2.1.2.1.6

$- 1$ に $- 1$ をかけます。

$p (λ) = 2 - λ - 2 λ + 1 λ^{2} - 4 \cdot 2$

ステップ 5.2.1.2.1.7

$λ^{2}$ に $1$ をかけます。

$p (λ) = 2 - λ - 2 λ + λ^{2} - 4 \cdot 2$

ステップ 5.2.1.2.2

$- λ$ から $2 λ$ を引きます。

$p (λ) = 2 - 3 λ + λ^{2} - 4 \cdot 2$

ステップ 5.2.1.3

$- 4$ に $2$ をかけます。

$p (λ) = 2 - 3 λ + λ^{2} - 8$

ステップ 5.2.2

$2$ から $8$ を引きます。

$p (λ) = - 3 λ + λ^{2} - 6$

ステップ 5.2.3

$- 3 λ$ と $λ^{2}$ を並べ替えます。

$p (λ) = λ^{2} - 3 λ - 6$

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。

$λ^{2} - 3 λ - 6 = 0$

ステップ 7

$λ$ について解きます。

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ステップ 7.1

二次方程式の解の公式を利用して解を求めます。

$\frac{- b \pm \sqrt{b^{2} - 4 (a c)}}{2 a}$

ステップ 7.2

$a = 1$ 、 $b = - 3$ 、および $c = - 6$ を二次方程式の解の公式に代入し、 $λ$ の値を求めます。

$\frac{3 \pm \sqrt{{(- 3)}^{2} - 4 \cdot (1 \cdot - 6)}}{2 \cdot 1}$

ステップ 7.3

簡約します。

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ステップ 7.3.1

分子を簡約します。

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ステップ 7.3.1.1

$- 3$ を $2$ 乗します。

$λ = \frac{3 \pm \sqrt{9 - 4 \cdot 1 \cdot - 6}}{2 \cdot 1}$

ステップ 7.3.1.2

$- 4 \cdot 1 \cdot - 6$ を掛けます。

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ステップ 7.3.1.2.1

$- 4$ に $1$ をかけます。

$λ = \frac{3 \pm \sqrt{9 - 4 \cdot - 6}}{2 \cdot 1}$

ステップ 7.3.1.2.2

$- 4$ に $- 6$ をかけます。

$λ = \frac{3 \pm \sqrt{9 + 24}}{2 \cdot 1}$

ステップ 7.3.1.3

$9$ と $24$ をたし算します。

$λ = \frac{3 \pm \sqrt{33}}{2 \cdot 1}$

ステップ 7.3.2

$2$ に $1$ をかけます。

$λ = \frac{3 \pm \sqrt{33}}{2}$

ステップ 7.4

最終的な答えは両方の解の組み合わせです。

$λ = \frac{3 + \sqrt{33}}{2}, \frac{3 - \sqrt{33}}{2}$

ステップ 8

結果は複数の形で表すことができます。

完全形：

$λ = \frac{3 + \sqrt{33}}{2}, \frac{3 - \sqrt{33}}{2}$

10進法形式：

$λ = 4.37228132 \dots, - 1.37228132 \dots$

有限数学 例

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