Đại số tuyến tính Ví dụ
A=[221100021]A=⎡⎢⎣221100021⎤⎥⎦
Bước 1
Lập công thức để tìm phương trình đặc trưng p(λ)p(λ).
p(λ)=định thức(A-λI3)
Bước 2
Ma trận đơn vị cỡ 3 là ma trận vuông 3×3 có đường chéo chính gồm các hệ số một và phần còn lại là các hệ số không.
[100010001]
Bước 3
Bước 3.1
Thay [221100021] bằng A.
p(λ)=định thức([221100021]-λI3)
Bước 3.2
Thay [100010001] bằng I3.
p(λ)=định thức([221100021]-λ[100010001])
p(λ)=định thức([221100021]-λ[100010001])
Bước 4
Bước 4.1
Rút gọn mỗi số hạng.
Bước 4.1.1
Nhân -λ với mỗi phần tử của ma trận.
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
Bước 4.1.2
Rút gọn từng phần tử trong ma trận.
Bước 4.1.2.1
Nhân -1 với 1.
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
Bước 4.1.2.2
Nhân -λ⋅0.
Bước 4.1.2.2.1
Nhân 0 với -1.
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ0λ-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
Bước 4.1.2.2.2
Nhân 0 với λ.
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
Bước 4.1.2.3
Nhân -λ⋅0.
Bước 4.1.2.3.1
Nhân 0 với -1.
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ00λ-λ⋅0-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
Bước 4.1.2.3.2
Nhân 0 với λ.
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ00-λ⋅0-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ00-λ⋅0-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
Bước 4.1.2.4
Nhân -λ⋅0.
Bước 4.1.2.4.1
Nhân 0 với -1.
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ000λ-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
Bước 4.1.2.4.2
Nhân 0 với λ.
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ000-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ000-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
Bước 4.1.2.5
Nhân -1 với 1.
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ000-λ-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
Bước 4.1.2.6
Nhân -λ⋅0.
Bước 4.1.2.6.1
Nhân 0 với -1.
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ000-λ0λ-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
Bước 4.1.2.6.2
Nhân 0 với λ.
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ000-λ0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ000-λ0-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])
Bước 4.1.2.7
Nhân -λ⋅0.
Bước 4.1.2.7.1
Nhân 0 với -1.
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ000-λ00λ-λ⋅0-λ⋅1])
Bước 4.1.2.7.2
Nhân 0 với λ.
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ000-λ00-λ⋅0-λ⋅1])
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ000-λ00-λ⋅0-λ⋅1])
Bước 4.1.2.8
Nhân -λ⋅0.
Bước 4.1.2.8.1
Nhân 0 với -1.
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ000-λ000λ-λ⋅1])
Bước 4.1.2.8.2
Nhân 0 với λ.
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ000-λ000-λ⋅1])
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ000-λ000-λ⋅1])
Bước 4.1.2.9
Nhân -1 với 1.
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ000-λ000-λ])
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ000-λ000-λ])
p(λ)=định thức([221100021]+[-λ000-λ000-λ])
Bước 4.2
Cộng các phần tử tương ứng với nhau.
p(λ)=định thức[2-λ2+01+01+00-λ0+00+02+01-λ]
Bước 4.3
Rút gọn từng phần tử.
Bước 4.3.1
Cộng 2 và 0.
p(λ)=định thức[2-λ21+01+00-λ0+00+02+01-λ]
Bước 4.3.2
Cộng 1 và 0.
p(λ)=định thức[2-λ211+00-λ0+00+02+01-λ]
Bước 4.3.3
Cộng 1 và 0.
p(λ)=định thức[2-λ2110-λ0+00+02+01-λ]
Bước 4.3.4
Trừ λ khỏi 0.
p(λ)=định thức[2-λ211-λ0+00+02+01-λ]
Bước 4.3.5
Cộng 0 và 0.
p(λ)=định thức[2-λ211-λ00+02+01-λ]
Bước 4.3.6
Cộng 0 và 0.
p(λ)=định thức[2-λ211-λ002+01-λ]
Bước 4.3.7
Cộng 2 và 0.
p(λ)=định thức[2-λ211-λ0021-λ]
p(λ)=định thức[2-λ211-λ0021-λ]
p(λ)=định thức[2-λ211-λ0021-λ]
Bước 5
Bước 5.1
Chọn hàng hoặc cột có nhiều phần tử 0 nhất. Nếu không có phần tử 0 nào, hãy chọn hàng hoặc cột bất kỳ. Nhân mỗi phần tử trong cột 1 với đồng hệ số tương ứng rồi cộng lại.
Bước 5.1.1
Xem xét biểu đồ dấu tương ứng.
|+-+-+-+-+|
Bước 5.1.2
Đồng hệ số là định thức con có dấu thay đổi nếu các chỉ số khớp với vị trí - trên biểu đồ dấu.
Bước 5.1.3
Định thức con của a11 là định thức có hàng 1 và cột 1 bị xóa.
|-λ021-λ|
Bước 5.1.4
Nhân phần tử a11 với đồng hệ số tương ứng.
(2-λ)|-λ021-λ|
Bước 5.1.5
Định thức con của a21 là định thức có hàng 2 và cột 1 bị xóa.
|2121-λ|
Bước 5.1.6
Nhân phần tử a21 với đồng hệ số tương ứng.
-1|2121-λ|
Bước 5.1.7
Định thức con của a31 là định thức có hàng 3 và cột 1 bị xóa.
|21-λ0|
Bước 5.1.8
Nhân phần tử a31 với đồng hệ số tương ứng.
0|21-λ0|
Bước 5.1.9
Cộng các số hạng với nhau.
p(λ)=(2-λ)|-λ021-λ|-1|2121-λ|+0|21-λ0|
p(λ)=(2-λ)|-λ021-λ|-1|2121-λ|+0|21-λ0|
Bước 5.2
Nhân 0 với |21-λ0|.
p(λ)=(2-λ)|-λ021-λ|-1|2121-λ|+0
Bước 5.3
Tính |-λ021-λ|.
Bước 5.3.1
Có thể tìm được định thức của một 2×2 ma trận bằng công thức |abcd|=ad-cb.
p(λ)=(2-λ)(-λ(1-λ)-2⋅0)-1|2121-λ|+0
Bước 5.3.2
Rút gọn định thức.
Bước 5.3.2.1
Rút gọn mỗi số hạng.
Bước 5.3.2.1.1
Áp dụng thuộc tính phân phối.
p(λ)=(2-λ)(-λ⋅1-λ(-λ)-2⋅0)-1|2121-λ|+0
Bước 5.3.2.1.2
Nhân -1 với 1.
p(λ)=(2-λ)(-λ-λ(-λ)-2⋅0)-1|2121-λ|+0
Bước 5.3.2.1.3
Viết lại bằng tính chất giao hoán của phép nhân.
p(λ)=(2-λ)(-λ-1⋅-1λ⋅λ-2⋅0)-1|2121-λ|+0
Bước 5.3.2.1.4
Rút gọn mỗi số hạng.
Bước 5.3.2.1.4.1
Nhân λ với λ bằng cách cộng các số mũ.
Bước 5.3.2.1.4.1.1
Di chuyển λ.
p(λ)=(2-λ)(-λ-1⋅-1(λ⋅λ)-2⋅0)-1|2121-λ|+0
Bước 5.3.2.1.4.1.2
Nhân λ với λ.
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
Bước 5.3.2.1.4.2
Nhân -1 với -1.
p(λ)=(2-λ)(-λ+1λ2-2⋅0)-1|2121-λ|+0
Bước 5.3.2.1.4.3
Nhân λ2 với 1.
p(λ)=(2-λ)(-λ+λ2-2⋅0)-1|2121-λ|+0
p(λ)=(2-λ)(-λ+λ2-2⋅0)-1|2121-λ|+0
Bước 5.3.2.1.5
Nhân -2 với 0.
p(λ)=(2-λ)(-λ+λ2+0)-1|2121-λ|+0
p(λ)=(2-λ)(-λ+λ2+0)-1|2121-λ|+0
Bước 5.3.2.2
Cộng -λ+λ2 và 0.
p(λ)=(2-λ)(-λ+λ2)-1|2121-λ|+0
Bước 5.3.2.3
Sắp xếp lại -λ và λ2.
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
Bước 5.4
Tính |2121-λ|.
Bước 5.4.1
Có thể tìm được định thức của một 2×2 ma trận bằng công thức |abcd|=ad-cb.
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(2(1-λ)-2⋅1)+0
Bước 5.4.2
Rút gọn định thức.
Bước 5.4.2.1
Rút gọn mỗi số hạng.
Bước 5.4.2.1.1
Áp dụng thuộc tính phân phối.
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(2⋅1+2(-λ)-2⋅1)+0
Bước 5.4.2.1.2
Nhân 2 với 1.
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(2+2(-λ)-2⋅1)+0
Bước 5.4.2.1.3
Nhân -1 với 2.
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(2-2λ-2⋅1)+0
Bước 5.4.2.1.4
Nhân -2 với 1.
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(2-2λ-2)+0
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(2-2λ-2)+0
Bước 5.4.2.2
Kết hợp các số hạng đối nhau trong 2-2λ-2.
Bước 5.4.2.2.1
Trừ 2 khỏi 2.
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(-2λ+0)+0
Bước 5.4.2.2.2
Cộng -2λ và 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
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(-2λ)+0
Bước 5.5
Rút gọn định thức.
Bước 5.5.1
Cộng (2-λ)(λ2-λ)-1(-2λ) và 0.
p(λ)=(2-λ)(λ2-λ)-1(-2λ)
Bước 5.5.2
Rút gọn mỗi số hạng.
Bước 5.5.2.1
Khai triển (2-λ)(λ2-λ) bằng cách sử dụng Phương pháp FOIL.
Bước 5.5.2.1.1
Áp dụng thuộc tính phân phối.
p(λ)=2(λ2-λ)-λ(λ2-λ)-1(-2λ)
Bước 5.5.2.1.2
Áp dụng thuộc tính phân phối.
p(λ)=2λ2+2(-λ)-λ(λ2-λ)-1(-2λ)
Bước 5.5.2.1.3
Áp dụng thuộc tính phân phối.
p(λ)=2λ2+2(-λ)-λ⋅λ2-λ(-λ)-1(-2λ)
p(λ)=2λ2+2(-λ)-λ⋅λ2-λ(-λ)-1(-2λ)
Bước 5.5.2.2
Rút gọn và kết hợp các số hạng đồng dạng.
Bước 5.5.2.2.1
Rút gọn mỗi số hạng.
Bước 5.5.2.2.1.1
Nhân -1 với 2.
p(λ)=2λ2-2λ-λ⋅λ2-λ(-λ)-1(-2λ)
Bước 5.5.2.2.1.2
Nhân λ với λ2 bằng cách cộng các số mũ.
Bước 5.5.2.2.1.2.1
Di chuyển λ2.
p(λ)=2λ2-2λ-(λ2λ)-λ(-λ)-1(-2λ)
Bước 5.5.2.2.1.2.2
Nhân λ2 với λ.
Bước 5.5.2.2.1.2.2.1
Nâng λ lên lũy thừa 1.
p(λ)=2λ2-2λ-(λ2λ1)-λ(-λ)-1(-2λ)
Bước 5.5.2.2.1.2.2.2
Sử dụng quy tắc lũy thừa aman=am+n để kết hợp các số mũ.
p(λ)=2λ2-2λ-λ2+1-λ(-λ)-1(-2λ)
p(λ)=2λ2-2λ-λ2+1-λ(-λ)-1(-2λ)
Bước 5.5.2.2.1.2.3
Cộng 2 và 1.
p(λ)=2λ2-2λ-λ3-λ(-λ)-1(-2λ)
p(λ)=2λ2-2λ-λ3-λ(-λ)-1(-2λ)
Bước 5.5.2.2.1.3
Viết lại bằng tính chất giao hoán của phép nhân.
p(λ)=2λ2-2λ-λ3-1⋅-1λ⋅λ-1(-2λ)
Bước 5.5.2.2.1.4
Nhân λ với λ bằng cách cộng các số mũ.
Bước 5.5.2.2.1.4.1
Di chuyển λ.
p(λ)=2λ2-2λ-λ3-1⋅-1(λ⋅λ)-1(-2λ)
Bước 5.5.2.2.1.4.2
Nhân λ với λ.
p(λ)=2λ2-2λ-λ3-1⋅-1λ2-1(-2λ)
p(λ)=2λ2-2λ-λ3-1⋅-1λ2-1(-2λ)
Bước 5.5.2.2.1.5
Nhân -1 với -1.
p(λ)=2λ2-2λ-λ3+1λ2-1(-2λ)
Bước 5.5.2.2.1.6
Nhân λ2 với 1.
p(λ)=2λ2-2λ-λ3+λ2-1(-2λ)
p(λ)=2λ2-2λ-λ3+λ2-1(-2λ)
Bước 5.5.2.2.2
Cộng 2λ2 và λ2.
p(λ)=3λ2-2λ-λ3-1(-2λ)
p(λ)=3λ2-2λ-λ3-1(-2λ)
Bước 5.5.2.3
Nhân -2 với -1.
p(λ)=3λ2-2λ-λ3+2λ
p(λ)=3λ2-2λ-λ3+2λ
Bước 5.5.3
Kết hợp các số hạng đối nhau trong 3λ2-2λ-λ3+2λ.
Bước 5.5.3.1
Cộng -2λ và 2λ.
p(λ)=3λ2-λ3+0
Bước 5.5.3.2
Cộng 3λ2-λ3 và 0.
p(λ)=3λ2-λ3
p(λ)=3λ2-λ3
Bước 5.5.4
Sắp xếp lại 3λ2 và -λ3.
p(λ)=-λ3+3λ2
p(λ)=-λ3+3λ2
p(λ)=-λ3+3λ2
Bước 6
Đặt đa thức đặc trưng bằng 0 để tìm các trị riêng λ.
-λ3+3λ2=0
Bước 7
Bước 7.1
Đưa -λ2 ra ngoài -λ3+3λ2.
Bước 7.1.1
Đưa -λ2 ra ngoài -λ3.
-λ2λ+3λ2=0
Bước 7.1.2
Đưa -λ2 ra ngoài 3λ2.
-λ2λ-λ2⋅-3=0
Bước 7.1.3
Đưa -λ2 ra ngoài -λ2(λ)-λ2(-3).
-λ2(λ-3)=0
-λ2(λ-3)=0
Bước 7.2
Nếu bất kỳ thừa số riêng lẻ nào ở vế trái của phương trình bằng 0, toàn bộ biểu thức sẽ bằng 0.
λ2=0
λ-3=0
Bước 7.3
Đặt λ2 bằng 0 và giải tìm λ.
Bước 7.3.1
Đặt λ2 bằng với 0.
λ2=0
Bước 7.3.2
Giải λ2=0 để tìm λ.
Bước 7.3.2.1
Lấy căn đã chỉ định của cả hai vế của phương trình để loại bỏ số mũ ở vế trái.
λ=±√0
Bước 7.3.2.2
Rút gọn ±√0.
Bước 7.3.2.2.1
Viết lại 0 ở dạng 02.
λ=±√02
Bước 7.3.2.2.2
Đưa các số hạng dưới dấu căn ra ngoài, giả sử đó là các số thực dương.
λ=±0
Bước 7.3.2.2.3
Cộng hoặc trừ 0 là 0.
λ=0
λ=0
λ=0
λ=0
Bước 7.4
Đặt λ-3 bằng 0 và giải tìm λ.
Bước 7.4.1
Đặt λ-3 bằng với 0.
λ-3=0
Bước 7.4.2
Cộng 3 cho cả hai vế của phương trình.
λ=3
λ=3
Bước 7.5
Đáp án cuối cùng là tất cả các giá trị làm cho -λ2(λ-3)=0 đúng.
λ=0,3
λ=0,3