Введите задачу...
Линейная алгебра Примеры
Этап 1
Этап 1.1
Запишем формулу для построения характеристического уравнения .
Этап 1.2
Единичная матрица размера представляет собой квадратную матрицу с единицами на главной диагонали и нулями на остальных местах.
Этап 1.3
Подставим известное значение в .
Этап 1.3.1
Подставим вместо .
Этап 1.3.2
Подставим вместо .
Этап 1.4
Упростим.
Этап 1.4.1
Упростим каждый член.
Этап 1.4.1.1
Умножим на каждый элемент матрицы.
Этап 1.4.1.2
Упростим каждый элемент матрицы.
Этап 1.4.1.2.1
Умножим на .
Этап 1.4.1.2.2
Умножим .
Этап 1.4.1.2.2.1
Умножим на .
Этап 1.4.1.2.2.2
Умножим на .
Этап 1.4.1.2.3
Умножим .
Этап 1.4.1.2.3.1
Умножим на .
Этап 1.4.1.2.3.2
Умножим на .
Этап 1.4.1.2.4
Умножим .
Этап 1.4.1.2.4.1
Умножим на .
Этап 1.4.1.2.4.2
Умножим на .
Этап 1.4.1.2.5
Умножим на .
Этап 1.4.1.2.6
Умножим .
Этап 1.4.1.2.6.1
Умножим на .
Этап 1.4.1.2.6.2
Умножим на .
Этап 1.4.1.2.7
Умножим .
Этап 1.4.1.2.7.1
Умножим на .
Этап 1.4.1.2.7.2
Умножим на .
Этап 1.4.1.2.8
Умножим .
Этап 1.4.1.2.8.1
Умножим на .
Этап 1.4.1.2.8.2
Умножим на .
Этап 1.4.1.2.9
Умножим на .
Этап 1.4.2
Сложим соответствующие элементы.
Этап 1.4.3
Simplify each element.
Этап 1.4.3.1
Добавим и .
Этап 1.4.3.2
Добавим и .
Этап 1.4.3.3
Добавим и .
Этап 1.4.3.4
Добавим и .
Этап 1.4.3.5
Добавим и .
Этап 1.4.3.6
Добавим и .
Этап 1.5
Find the determinant.
Этап 1.5.1
Choose the row or column with the most elements. If there are no elements choose any row or column. Multiply every element in row by its cofactor and add.
Этап 1.5.1.1
Consider the corresponding sign chart.
Этап 1.5.1.2
The cofactor is the minor with the sign changed if the indices match a position on the sign chart.
Этап 1.5.1.3
The minor for is the determinant with row and column deleted.
Этап 1.5.1.4
Multiply element by its cofactor.
Этап 1.5.1.5
The minor for is the determinant with row and column deleted.
Этап 1.5.1.6
Multiply element by its cofactor.
Этап 1.5.1.7
The minor for is the determinant with row and column deleted.
Этап 1.5.1.8
Multiply element by its cofactor.
Этап 1.5.1.9
Add the terms together.
Этап 1.5.2
Найдем значение .
Этап 1.5.2.1
Определитель матрицы можно найти, используя формулу .
Этап 1.5.2.2
Упростим определитель.
Этап 1.5.2.2.1
Упростим каждый член.
Этап 1.5.2.2.1.1
Развернем , используя метод «первые-внешние-внутренние-последние».
Этап 1.5.2.2.1.1.1
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 1.5.2.2.1.1.2
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 1.5.2.2.1.1.3
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 1.5.2.2.1.2
Упростим и объединим подобные члены.
Этап 1.5.2.2.1.2.1
Упростим каждый член.
Этап 1.5.2.2.1.2.1.1
Умножим на .
Этап 1.5.2.2.1.2.1.2
Умножим на .
Этап 1.5.2.2.1.2.1.3
Умножим на .
Этап 1.5.2.2.1.2.1.4
Перепишем, используя свойство коммутативности умножения.
Этап 1.5.2.2.1.2.1.5
Умножим на , сложив экспоненты.
Этап 1.5.2.2.1.2.1.5.1
Перенесем .
Этап 1.5.2.2.1.2.1.5.2
Умножим на .
Этап 1.5.2.2.1.2.1.6
Умножим на .
Этап 1.5.2.2.1.2.1.7
Умножим на .
Этап 1.5.2.2.1.2.2
Вычтем из .
Этап 1.5.2.2.1.3
Умножим на .
Этап 1.5.2.2.2
Добавим и .
Этап 1.5.2.2.3
Изменим порядок и .
Этап 1.5.3
Найдем значение .
Этап 1.5.3.1
Определитель матрицы можно найти, используя формулу .
Этап 1.5.3.2
Упростим определитель.
Этап 1.5.3.2.1
Упростим каждый член.
Этап 1.5.3.2.1.1
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 1.5.3.2.1.2
Умножим на .
Этап 1.5.3.2.1.3
Умножим на .
Этап 1.5.3.2.1.4
Умножим на .
Этап 1.5.3.2.2
Добавим и .
Этап 1.5.4
Найдем значение .
Этап 1.5.4.1
Определитель матрицы можно найти, используя формулу .
Этап 1.5.4.2
Упростим определитель.
Этап 1.5.4.2.1
Упростим каждый член.
Этап 1.5.4.2.1.1
Умножим на .
Этап 1.5.4.2.1.2
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 1.5.4.2.1.3
Умножим на .
Этап 1.5.4.2.1.4
Умножим на .
Этап 1.5.4.2.2
Добавим и .
Этап 1.5.4.2.3
Изменим порядок и .
Этап 1.5.5
Упростим определитель.
Этап 1.5.5.1
Объединим противоположные члены в .
Этап 1.5.5.1.1
Вычтем из .
Этап 1.5.5.1.2
Добавим и .
Этап 1.5.5.2
Развернем , умножив каждый член в первом выражении на каждый член во втором выражении.
Этап 1.5.5.3
Упростим каждый член.
Этап 1.5.5.3.1
Умножим на .
Этап 1.5.5.3.2
Умножим на .
Этап 1.5.5.3.3
Умножим на , сложив экспоненты.
Этап 1.5.5.3.3.1
Перенесем .
Этап 1.5.5.3.3.2
Умножим на .
Этап 1.5.5.3.3.2.1
Возведем в степень .
Этап 1.5.5.3.3.2.2
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 1.5.5.3.3.3
Добавим и .
Этап 1.5.5.3.4
Перепишем, используя свойство коммутативности умножения.
Этап 1.5.5.3.5
Умножим на , сложив экспоненты.
Этап 1.5.5.3.5.1
Перенесем .
Этап 1.5.5.3.5.2
Умножим на .
Этап 1.5.5.3.6
Умножим на .
Этап 1.5.5.3.7
Умножим на .
Этап 1.5.5.4
Вычтем из .
Этап 1.5.5.5
Вычтем из .
Этап 1.5.5.6
Перенесем .
Этап 1.5.5.7
Перенесем .
Этап 1.5.5.8
Изменим порядок и .
Этап 1.6
Примем характеристический многочлен равным , чтобы найти собственные значения .
Этап 1.7
Решим относительно .
Этап 1.7.1
Разложим левую часть уравнения на множители.
Этап 1.7.1.1
Вынесем множитель из .
Этап 1.7.1.1.1
Вынесем множитель из .
Этап 1.7.1.1.2
Вынесем множитель из .
Этап 1.7.1.1.3
Вынесем множитель из .
Этап 1.7.1.1.4
Перепишем в виде .
Этап 1.7.1.1.5
Вынесем множитель из .
Этап 1.7.1.1.6
Вынесем множитель из .
Этап 1.7.1.1.7
Вынесем множитель из .
Этап 1.7.1.2
Разложим на множители, используя теорему о рациональных корнях.
Этап 1.7.1.2.1
Если у многочленной функции целые коэффициенты, то каждый рациональный ноль будет иметь вид , где — делитель константы, а — делитель старшего коэффициента.
Этап 1.7.1.2.2
Найдем все комбинации . Это ― возможные корни многочлена.
Этап 1.7.1.2.3
Подставим и упростим выражение. В этом случае выражение равно , поэтому является корнем многочлена.
Этап 1.7.1.2.3.1
Подставим в многочлен.
Этап 1.7.1.2.3.2
Возведем в степень .
Этап 1.7.1.2.3.3
Возведем в степень .
Этап 1.7.1.2.3.4
Умножим на .
Этап 1.7.1.2.3.5
Добавим и .
Этап 1.7.1.2.3.6
Умножим на .
Этап 1.7.1.2.3.7
Вычтем из .
Этап 1.7.1.2.3.8
Добавим и .
Этап 1.7.1.2.4
Поскольку — известный корень, разделим многочлен на , чтобы найти частное многочленов. Этот многочлен можно будет использовать, чтобы найти оставшиеся корни.
Этап 1.7.1.2.5
Разделим на .
Этап 1.7.1.2.5.1
Подготовим многочлены к делению. Если слагаемые представляют не все экспоненты, добавим отсутствующий член со значением .
+ | + | + | + |
Этап 1.7.1.2.5.2
Разделим член с максимальной степенью в делимом на член с максимальной степенью в делителе .
+ | + | + | + |
Этап 1.7.1.2.5.3
Умножим новое частное на делитель.
+ | + | + | + | ||||||||
+ | + |
Этап 1.7.1.2.5.4
Выражение необходимо вычесть из делимого, поэтому изменим все знаки в .
+ | + | + | + | ||||||||
- | - |
Этап 1.7.1.2.5.5
После изменения знаков добавим последнее делимое из умноженного многочлена, чтобы найти новое делимое.
+ | + | + | + | ||||||||
- | - | ||||||||||
+ |
Этап 1.7.1.2.5.6
Вынесем следующие члены из исходного делимого в текущее делимое.
+ | + | + | + | ||||||||
- | - | ||||||||||
+ | + |
Этап 1.7.1.2.5.7
Разделим член с максимальной степенью в делимом на член с максимальной степенью в делителе .
+ | |||||||||||
+ | + | + | + | ||||||||
- | - | ||||||||||
+ | + |
Этап 1.7.1.2.5.8
Умножим новое частное на делитель.
+ | |||||||||||
+ | + | + | + | ||||||||
- | - | ||||||||||
+ | + | ||||||||||
+ | + |
Этап 1.7.1.2.5.9
Выражение необходимо вычесть из делимого, поэтому изменим все знаки в .
+ | |||||||||||
+ | + | + | + | ||||||||
- | - | ||||||||||
+ | + | ||||||||||
- | - |
Этап 1.7.1.2.5.10
После изменения знаков добавим последнее делимое из умноженного многочлена, чтобы найти новое делимое.
+ | |||||||||||
+ | + | + | + | ||||||||
- | - | ||||||||||
+ | + | ||||||||||
- | - | ||||||||||
+ |
Этап 1.7.1.2.5.11
Вынесем следующие члены из исходного делимого в текущее делимое.
+ | |||||||||||
+ | + | + | + | ||||||||
- | - | ||||||||||
+ | + | ||||||||||
- | - | ||||||||||
+ | + |
Этап 1.7.1.2.5.12
Разделим член с максимальной степенью в делимом на член с максимальной степенью в делителе .
+ | + | ||||||||||
+ | + | + | + | ||||||||
- | - | ||||||||||
+ | + | ||||||||||
- | - | ||||||||||
+ | + |
Этап 1.7.1.2.5.13
Умножим новое частное на делитель.
+ | + | ||||||||||
+ | + | + | + | ||||||||
- | - | ||||||||||
+ | + | ||||||||||
- | - | ||||||||||
+ | + | ||||||||||
+ | + |
Этап 1.7.1.2.5.14
Выражение необходимо вычесть из делимого, поэтому изменим все знаки в .
+ | + | ||||||||||
+ | + | + | + | ||||||||
- | - | ||||||||||
+ | + | ||||||||||
- | - | ||||||||||
+ | + | ||||||||||
- | - |
Этап 1.7.1.2.5.15
После изменения знаков добавим последнее делимое из умноженного многочлена, чтобы найти новое делимое.
+ | + | ||||||||||
+ | + | + | + | ||||||||
- | - | ||||||||||
+ | + | ||||||||||
- | - | ||||||||||
+ | + | ||||||||||
- | - | ||||||||||
Этап 1.7.1.2.5.16
Поскольку остаток равен , окончательным ответом является частное.
Этап 1.7.1.2.6
Запишем в виде набора множителей.
Этап 1.7.1.3
Разложим на множители, используя метод группировки.
Этап 1.7.1.3.1
Разложим на множители, используя метод группировки.
Этап 1.7.1.3.1.1
Рассмотрим форму . Найдем пару целых чисел, произведение которых равно , а сумма — . В данном случае произведение чисел равно , а сумма — .
Этап 1.7.1.3.1.2
Запишем разложение на множители, используя данные целые числа.
Этап 1.7.1.3.2
Избавимся от ненужных скобок.
Этап 1.7.1.4
Разложим на множители.
Этап 1.7.1.4.1
Объединим подобные множители.
Этап 1.7.1.4.1.1
Возведем в степень .
Этап 1.7.1.4.1.2
Возведем в степень .
Этап 1.7.1.4.1.3
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 1.7.1.4.1.4
Добавим и .
Этап 1.7.1.4.2
Избавимся от ненужных скобок.
Этап 1.7.2
Если любой отдельный множитель в левой части уравнения равен , все выражение равно .
Этап 1.7.3
Приравняем к , затем решим относительно .
Этап 1.7.3.1
Приравняем к .
Этап 1.7.3.2
Решим относительно .
Этап 1.7.3.2.1
Приравняем к .
Этап 1.7.3.2.2
Вычтем из обеих частей уравнения.
Этап 1.7.4
Приравняем к , затем решим относительно .
Этап 1.7.4.1
Приравняем к .
Этап 1.7.4.2
Вычтем из обеих частей уравнения.
Этап 1.7.5
Окончательным решением являются все значения, при которых верно.
Этап 2
The eigenvector is equal to the null space of the matrix minus the eigenvalue times the identity matrix where is the null space and is the identity matrix.
Этап 3
Этап 3.1
Подставим известные значения в формулу.
Этап 3.2
Упростим.
Этап 3.2.1
Сложим соответствующие элементы.
Этап 3.2.2
Simplify each element.
Этап 3.2.2.1
Добавим и .
Этап 3.2.2.2
Добавим и .
Этап 3.2.2.3
Добавим и .
Этап 3.2.2.4
Добавим и .
Этап 3.2.2.5
Добавим и .
Этап 3.2.2.6
Добавим и .
Этап 3.2.2.7
Добавим и .
Этап 3.2.2.8
Добавим и .
Этап 3.2.2.9
Добавим и .
Этап 3.3
Find the null space when .
Этап 3.3.1
Write as an augmented matrix for .
Этап 3.3.2
Приведем матрицу к стандартной форме по строкам.
Этап 3.3.2.1
Multiply each element of by to make the entry at a .
Этап 3.3.2.1.1
Multiply each element of by to make the entry at a .
Этап 3.3.2.1.2
Упростим .
Этап 3.3.2.2
Perform the row operation to make the entry at a .
Этап 3.3.2.2.1
Perform the row operation to make the entry at a .
Этап 3.3.2.2.2
Упростим .
Этап 3.3.2.3
Perform the row operation to make the entry at a .
Этап 3.3.2.3.1
Perform the row operation to make the entry at a .
Этап 3.3.2.3.2
Упростим .
Этап 3.3.3
Use the result matrix to declare the final solution to the system of equations.
Этап 3.3.4
Write a solution vector by solving in terms of the free variables in each row.
Этап 3.3.5
Write the solution as a linear combination of vectors.
Этап 3.3.6
Write as a solution set.
Этап 3.3.7
The solution is the set of vectors created from the free variables of the system.
Этап 4
Этап 4.1
Подставим известные значения в формулу.
Этап 4.2
Упростим.
Этап 4.2.1
Упростим каждый член.
Этап 4.2.1.1
Умножим на каждый элемент матрицы.
Этап 4.2.1.2
Упростим каждый элемент матрицы.
Этап 4.2.1.2.1
Умножим на .
Этап 4.2.1.2.2
Умножим на .
Этап 4.2.1.2.3
Умножим на .
Этап 4.2.1.2.4
Умножим на .
Этап 4.2.1.2.5
Умножим на .
Этап 4.2.1.2.6
Умножим на .
Этап 4.2.1.2.7
Умножим на .
Этап 4.2.1.2.8
Умножим на .
Этап 4.2.1.2.9
Умножим на .
Этап 4.2.2
Сложим соответствующие элементы.
Этап 4.2.3
Simplify each element.
Этап 4.2.3.1
Добавим и .
Этап 4.2.3.2
Добавим и .
Этап 4.2.3.3
Добавим и .
Этап 4.2.3.4
Добавим и .
Этап 4.2.3.5
Добавим и .
Этап 4.2.3.6
Добавим и .
Этап 4.2.3.7
Добавим и .
Этап 4.2.3.8
Добавим и .
Этап 4.2.3.9
Добавим и .
Этап 4.3
Find the null space when .
Этап 4.3.1
Write as an augmented matrix for .
Этап 4.3.2
Приведем матрицу к стандартной форме по строкам.
Этап 4.3.2.1
Swap with to put a nonzero entry at .
Этап 4.3.2.2
Multiply each element of by to make the entry at a .
Этап 4.3.2.2.1
Multiply each element of by to make the entry at a .
Этап 4.3.2.2.2
Упростим .
Этап 4.3.2.3
Perform the row operation to make the entry at a .
Этап 4.3.2.3.1
Perform the row operation to make the entry at a .
Этап 4.3.2.3.2
Упростим .
Этап 4.3.2.4
Multiply each element of by to make the entry at a .
Этап 4.3.2.4.1
Multiply each element of by to make the entry at a .
Этап 4.3.2.4.2
Упростим .
Этап 4.3.2.5
Perform the row operation to make the entry at a .
Этап 4.3.2.5.1
Perform the row operation to make the entry at a .
Этап 4.3.2.5.2
Упростим .
Этап 4.3.2.6
Perform the row operation to make the entry at a .
Этап 4.3.2.6.1
Perform the row operation to make the entry at a .
Этап 4.3.2.6.2
Упростим .
Этап 4.3.3
Use the result matrix to declare the final solution to the system of equations.
Этап 4.3.4
Write a solution vector by solving in terms of the free variables in each row.
Этап 4.3.5
Write the solution as a linear combination of vectors.
Этап 4.3.6
Write as a solution set.
Этап 4.3.7
The solution is the set of vectors created from the free variables of the system.
Этап 5
The eigenspace of is the list of the vector space for each eigenvalue.