Đại số tuyến tính Ví dụ
[4233][4233]
Bước 1
Bước 1.1
Tìm các trị riêng.
Bước 1.1.1
Lập công thức để tìm phương trình đặc trưng p(λ)p(λ).
p(λ)=định thức(A-λI2)p(λ)=định thức(A−λI2)
Bước 1.1.2
Ma trận đơn vị cỡ 22 là ma trận vuông 2×22×2 có đường chéo chính gồm các hệ số một và phần còn lại là các hệ số không.
[1001][1001]
Bước 1.1.3
Thay các giá trị đã biết vào p(λ)=định thức(A-λI2)p(λ)=định thức(A−λI2).
Bước 1.1.3.1
Thay [4233][4233] bằng AA.
p(λ)=định thức([4233]-λI2)p(λ)=định thức([4233]−λI2)
Bước 1.1.3.2
Thay [1001][1001] bằng I2I2.
p(λ)=định thức([4233]-λ[1001])p(λ)=định thức([4233]−λ[1001])
p(λ)=định thức([4233]-λ[1001])p(λ)=định thức([4233]−λ[1001])
Bước 1.1.4
Rút gọn.
Bước 1.1.4.1
Rút gọn mỗi số hạng.
Bước 1.1.4.1.1
Nhân -λ−λ với mỗi phần tử của ma trận.
p(λ)=định thức([4233]+[-λ⋅1-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])p(λ)=định thức([4233]+[−λ⋅1−λ⋅0−λ⋅0−λ⋅1])
Bước 1.1.4.1.2
Rút gọn từng phần tử trong ma trận.
Bước 1.1.4.1.2.1
Nhân -1−1 với 11.
p(λ)=định thức([4233]+[-λ-λ⋅0-λ⋅0-λ⋅1])p(λ)=định thức([4233]+[−λ−λ⋅0−λ⋅0−λ⋅1])
Bước 1.1.4.1.2.2
Nhân -λ⋅0−λ⋅0.
Bước 1.1.4.1.2.2.1
Nhân 00 với -1−1.
p(λ)=định thức([4233]+[-λ0λ-λ⋅0-λ⋅1])p(λ)=định thức([4233]+[−λ0λ−λ⋅0−λ⋅1])
Bước 1.1.4.1.2.2.2
Nhân 00 với λλ.
p(λ)=định thức([4233]+[-λ0-λ⋅0-λ⋅1])p(λ)=định thức([4233]+[−λ0−λ⋅0−λ⋅1])
p(λ)=định thức([4233]+[-λ0-λ⋅0-λ⋅1])p(λ)=định thức([4233]+[−λ0−λ⋅0−λ⋅1])
Bước 1.1.4.1.2.3
Nhân -λ⋅0−λ⋅0.
Bước 1.1.4.1.2.3.1
Nhân 00 với -1−1.
p(λ)=định thức([4233]+[-λ00λ-λ⋅1])p(λ)=định thức([4233]+[−λ00λ−λ⋅1])
Bước 1.1.4.1.2.3.2
Nhân 00 với λλ.
p(λ)=định thức([4233]+[-λ00-λ⋅1])p(λ)=định thức([4233]+[−λ00−λ⋅1])
p(λ)=định thức([4233]+[-λ00-λ⋅1])p(λ)=định thức([4233]+[−λ00−λ⋅1])
Bước 1.1.4.1.2.4
Nhân -1−1 với 11.
p(λ)=định thức([4233]+[-λ00-λ])p(λ)=định thức([4233]+[−λ00−λ])
p(λ)=định thức([4233]+[-λ00-λ])p(λ)=định thức([4233]+[−λ00−λ])
p(λ)=định thức([4233]+[-λ00-λ])p(λ)=định thức([4233]+[−λ00−λ])
Bước 1.1.4.2
Cộng các phần tử tương ứng với nhau.
p(λ)=định thức[4-λ2+03+03-λ]p(λ)=định thức[4−λ2+03+03−λ]
Bước 1.1.4.3
Rút gọn từng phần tử.
Bước 1.1.4.3.1
Cộng 22 và 00.
p(λ)=định thức[4-λ23+03-λ]p(λ)=định thức[4−λ23+03−λ]
Bước 1.1.4.3.2
Cộng 33 và 00.
p(λ)=định thức[4-λ233-λ]p(λ)=định thức[4−λ233−λ]
p(λ)=định thức[4-λ233-λ]p(λ)=định thức[4−λ233−λ]
p(λ)=định thức[4-λ233-λ]p(λ)=định thức[4−λ233−λ]
Bước 1.1.5
Tìm định thức.
Bước 1.1.5.1
Có thể tìm được định thức của một 2×22×2 ma trận bằng công thức |abcd|=ad-cb∣∣∣abcd∣∣∣=ad−cb.
p(λ)=(4-λ)(3-λ)-3⋅2p(λ)=(4−λ)(3−λ)−3⋅2
Bước 1.1.5.2
Rút gọn định thức.
Bước 1.1.5.2.1
Rút gọn mỗi số hạng.
Bước 1.1.5.2.1.1
Khai triển (4-λ)(3-λ)(4−λ)(3−λ) bằng cách sử dụng Phương pháp FOIL.
Bước 1.1.5.2.1.1.1
Áp dụng thuộc tính phân phối.
p(λ)=4(3-λ)-λ(3-λ)-3⋅2p(λ)=4(3−λ)−λ(3−λ)−3⋅2
Bước 1.1.5.2.1.1.2
Áp dụng thuộc tính phân phối.
p(λ)=4⋅3+4(-λ)-λ(3-λ)-3⋅2p(λ)=4⋅3+4(−λ)−λ(3−λ)−3⋅2
Bước 1.1.5.2.1.1.3
Áp dụng thuộc tính phân phối.
p(λ)=4⋅3+4(-λ)-λ⋅3-λ(-λ)-3⋅2p(λ)=4⋅3+4(−λ)−λ⋅3−λ(−λ)−3⋅2
p(λ)=4⋅3+4(-λ)-λ⋅3-λ(-λ)-3⋅2p(λ)=4⋅3+4(−λ)−λ⋅3−λ(−λ)−3⋅2
Bước 1.1.5.2.1.2
Rút gọn và kết hợp các số hạng đồng dạng.
Bước 1.1.5.2.1.2.1
Rút gọn mỗi số hạng.
Bước 1.1.5.2.1.2.1.1
Nhân 44 với 33.
p(λ)=12+4(-λ)-λ⋅3-λ(-λ)-3⋅2p(λ)=12+4(−λ)−λ⋅3−λ(−λ)−3⋅2
Bước 1.1.5.2.1.2.1.2
Nhân -1−1 với 44.
p(λ)=12-4λ-λ⋅3-λ(-λ)-3⋅2p(λ)=12−4λ−λ⋅3−λ(−λ)−3⋅2
Bước 1.1.5.2.1.2.1.3
Nhân 33 với -1−1.
p(λ)=12-4λ-3λ-λ(-λ)-3⋅2p(λ)=12−4λ−3λ−λ(−λ)−3⋅2
Bước 1.1.5.2.1.2.1.4
Viết lại bằng tính chất giao hoán của phép nhân.
p(λ)=12-4λ-3λ-1⋅-1λ⋅λ-3⋅2p(λ)=12−4λ−3λ−1⋅−1λ⋅λ−3⋅2
Bước 1.1.5.2.1.2.1.5
Nhân λλ với λλ bằng cách cộng các số mũ.
Bước 1.1.5.2.1.2.1.5.1
Di chuyển λλ.
p(λ)=12-4λ-3λ-1⋅-1(λ⋅λ)-3⋅2p(λ)=12−4λ−3λ−1⋅−1(λ⋅λ)−3⋅2
Bước 1.1.5.2.1.2.1.5.2
Nhân λλ với λλ.
p(λ)=12-4λ-3λ-1⋅-1λ2-3⋅2p(λ)=12−4λ−3λ−1⋅−1λ2−3⋅2
p(λ)=12-4λ-3λ-1⋅-1λ2-3⋅2p(λ)=12−4λ−3λ−1⋅−1λ2−3⋅2
Bước 1.1.5.2.1.2.1.6
Nhân -1−1 với -1−1.
p(λ)=12-4λ-3λ+1λ2-3⋅2p(λ)=12−4λ−3λ+1λ2−3⋅2
Bước 1.1.5.2.1.2.1.7
Nhân λ2λ2 với 11.
p(λ)=12-4λ-3λ+λ2-3⋅2p(λ)=12−4λ−3λ+λ2−3⋅2
p(λ)=12-4λ-3λ+λ2-3⋅2p(λ)=12−4λ−3λ+λ2−3⋅2
Bước 1.1.5.2.1.2.2
Trừ 3λ3λ khỏi -4λ−4λ.
p(λ)=12-7λ+λ2-3⋅2p(λ)=12−7λ+λ2−3⋅2
p(λ)=12-7λ+λ2-3⋅2p(λ)=12−7λ+λ2−3⋅2
Bước 1.1.5.2.1.3
Nhân -3−3 với 22.
p(λ)=12-7λ+λ2-6p(λ)=12−7λ+λ2−6
p(λ)=12-7λ+λ2-6p(λ)=12−7λ+λ2−6
Bước 1.1.5.2.2
Trừ 66 khỏi 1212.
p(λ)=-7λ+λ2+6p(λ)=−7λ+λ2+6
Bước 1.1.5.2.3
Sắp xếp lại -7λ−7λ và λ2λ2.
p(λ)=λ2-7λ+6p(λ)=λ2−7λ+6
p(λ)=λ2-7λ+6p(λ)=λ2−7λ+6
p(λ)=λ2-7λ+6p(λ)=λ2−7λ+6
Bước 1.1.6
Đặt đa thức đặc trưng bằng 00 để tìm các trị riêng λλ.
λ2-7λ+6=0λ2−7λ+6=0
Bước 1.1.7
Giải tìm λλ.
Bước 1.1.7.1
Phân tích λ2-7λ+6λ2−7λ+6 thành thừa số bằng phương pháp AC.
Bước 1.1.7.1.1
Xét dạng x2+bx+cx2+bx+c. Tìm một cặp số nguyên mà tích số của chúng là cc và tổng của chúng là bb. Trong trường hợp này, tích số của chúng là 66 và tổng của chúng là -7−7.
-6,-1−6,−1
Bước 1.1.7.1.2
Viết dạng đã được phân tích thành thừa số bằng các số nguyên này.
(λ-6)(λ-1)=0(λ−6)(λ−1)=0
(λ-6)(λ-1)=0(λ−6)(λ−1)=0
Bước 1.1.7.2
Nếu bất kỳ thừa số riêng lẻ nào ở vế trái của phương trình bằng 00, toàn bộ biểu thức sẽ bằng 00.
λ-6=0λ−6=0
λ-1=0λ−1=0
Bước 1.1.7.3
Đặt λ-6λ−6 bằng 00 và giải tìm λλ.
Bước 1.1.7.3.1
Đặt λ-6λ−6 bằng với 00.
λ-6=0λ−6=0
Bước 1.1.7.3.2
Cộng 66 cho cả hai vế của phương trình.
λ=6λ=6
λ=6λ=6
Bước 1.1.7.4
Đặt λ-1λ−1 bằng 00 và giải tìm λλ.
Bước 1.1.7.4.1
Đặt λ-1λ−1 bằng với 00.
λ-1=0λ−1=0
Bước 1.1.7.4.2
Cộng 11 cho cả hai vế của phương trình.
λ=1λ=1
λ=1λ=1
Bước 1.1.7.5
Đáp án cuối cùng là tất cả các giá trị làm cho (λ-6)(λ-1)=0(λ−6)(λ−1)=0 đúng.
λ=6,1λ=6,1
λ=6,1λ=6,1
λ=6,1λ=6,1
Bước 1.2
Vectơ riêng bằng không gian không hạch của ma trận trừ đi giá trị riêng nhân với ma trận đơn vị, trong đó NN là không gian không hạch và II là ma trận đơn vị.
εA=N(A-λI2)εA=N(A−λI2)
Bước 1.3
Tìm vectơ riêng bằng cách sử dụng trị riêng λ=6λ=6.
Bước 1.3.1
Thay các giá trị đã biết vào công thức.
N([4233]-6[1001])N([4233]−6[1001])
Bước 1.3.2
Rút gọn.
Bước 1.3.2.1
Rút gọn mỗi số hạng.
Bước 1.3.2.1.1
Nhân -6−6 với mỗi phần tử của ma trận.
[4233]+[-6⋅1-6⋅0-6⋅0-6⋅1][4233]+[−6⋅1−6⋅0−6⋅0−6⋅1]
Bước 1.3.2.1.2
Rút gọn từng phần tử trong ma trận.
Bước 1.3.2.1.2.1
Nhân -6−6 với 11.
[4233]+[-6-6⋅0-6⋅0-6⋅1][4233]+[−6−6⋅0−6⋅0−6⋅1]
Bước 1.3.2.1.2.2
Nhân -6−6 với 00.
[4233]+[-60-6⋅0-6⋅1][4233]+[−60−6⋅0−6⋅1]
Bước 1.3.2.1.2.3
Nhân -6−6 với 00.
[4233]+[-600-6⋅1][4233]+[−600−6⋅1]
Bước 1.3.2.1.2.4
Nhân -6−6 với 11.
[4233]+[-600-6][4233]+[−600−6]
[4233]+[-600-6][4233]+[−600−6]
[4233]+[-600-6][4233]+[−600−6]
Bước 1.3.2.2
Cộng các phần tử tương ứng với nhau.
[4-62+03+03-6][4−62+03+03−6]
Bước 1.3.2.3
Rút gọn từng phần tử.
Bước 1.3.2.3.1
Trừ 66 khỏi 44.
[-22+03+03-6][−22+03+03−6]
Bước 1.3.2.3.2
Cộng 22 và 00.
[-223+03-6][−223+03−6]
Bước 1.3.2.3.3
Cộng 33 và 00.
[-2233-6][−2233−6]
Bước 1.3.2.3.4
Trừ 66 khỏi 33.
[-223-3][−223−3]
[-223-3][−223−3]
[-223-3][−223−3]
Bước 1.3.3
Tìm không gian không hạch khi λ=6λ=6.
Bước 1.3.3.1
Viết ở dạng một ma trận bổ sung cho Ax=0Ax=0.
[-2203-30][−2203−30]
Bước 1.3.3.2
Tìm dạng ma trận hàng bậc thang rút gọn.
Bước 1.3.3.2.1
Nhân mỗi phần tử của R1R1 với -12−12 để số tại 1,11,1 trở thành 11.
Bước 1.3.3.2.1.1
Nhân mỗi phần tử của R1R1 với -12−12 để số tại 1,11,1 trở thành 11.
[-12⋅-2-12⋅2-12⋅03-30][−12⋅−2−12⋅2−12⋅03−30]
Bước 1.3.3.2.1.2
Rút gọn R1R1.
[1-103-30][1−103−30]
[1-103-30][1−103−30]
Bước 1.3.3.2.2
Thực hiện phép biến đổi hàng R2=R2-3R1R2=R2−3R1 để số tại 2,12,1 trở thành 00.
Bước 1.3.3.2.2.1
Thực hiện phép biến đổi hàng R2=R2-3R1R2=R2−3R1 để số tại 2,12,1 trở thành 00.
[1-103-3⋅1-3-3⋅-10-3⋅0][1−103−3⋅1−3−3⋅−10−3⋅0]
Bước 1.3.3.2.2.2
Rút gọn R2R2.
[1-10000][1−10000]
[1-10000][1−10000]
[1-10000][1−10000]
Bước 1.3.3.3
Sử dụng ma trận tìm được để kết luận đáp án cuối cùng cho hệ phương trình.
x-y=0x−y=0
0=00=0
Bước 1.3.3.4
Viết một vectơ nghiệm bằng cách giải theo các biến tự do trong mỗi hàng.
[xy]=[yy][xy]=[yy]
Bước 1.3.3.5
Viết nghiệm dưới dạng một tổ hợp tuyến tính của các vectơ.
[xy]=y[11][xy]=y[11]
Bước 1.3.3.6
Viết ở dạng một tập hợp nghiệm.
{y[11]|y∈R}{y[11]∣∣∣y∈R}
Bước 1.3.3.7
Đáp án là tập hợp các vectơ được tạo ra từ các biến tự do của hệ phương trình.
{[11]}{[11]}
{[11]}{[11]}
{[11]}{[11]}
Bước 1.4
Tìm vectơ riêng bằng cách sử dụng trị riêng λ=1λ=1.
Bước 1.4.1
Thay các giá trị đã biết vào công thức.
N([4233]-[1001])N([4233]−[1001])
Bước 1.4.2
Rút gọn.
Bước 1.4.2.1
Trừ các phần tử tương ứng với nhau.
[4-12-03-03-1][4−12−03−03−1]
Bước 1.4.2.2
Rút gọn từng phần tử.
Bước 1.4.2.2.1
Trừ 11 khỏi 44.
[32-03-03-1][32−03−03−1]
Bước 1.4.2.2.2
Trừ 00 khỏi 22.
[323-03-1][323−03−1]
Bước 1.4.2.2.3
Trừ 00 khỏi 33.
[3233-1][3233−1]
Bước 1.4.2.2.4
Trừ 11 khỏi 33.
[3232][3232]
[3232][3232]
[3232][3232]
Bước 1.4.3
Tìm không gian không hạch khi λ=1λ=1.
Bước 1.4.3.1
Viết ở dạng một ma trận bổ sung cho Ax=0Ax=0.
[320320][320320]
Bước 1.4.3.2
Tìm dạng ma trận hàng bậc thang rút gọn.
Bước 1.4.3.2.1
Nhân mỗi phần tử của R1R1 với 1313 để số tại 1,11,1 trở thành 11.
Bước 1.4.3.2.1.1
Nhân mỗi phần tử của R1R1 với 1313 để số tại 1,11,1 trở thành 11.
[332303320][332303320]
Bước 1.4.3.2.1.2
Rút gọn R1R1.
[1230320][1230320]
[1230320][1230320]
Bước 1.4.3.2.2
Thực hiện phép biến đổi hàng R2=R2-3R1R2=R2−3R1 để số tại 2,12,1 trở thành 00.
Bước 1.4.3.2.2.1
Thực hiện phép biến đổi hàng R2=R2-3R1R2=R2−3R1 để số tại 2,12,1 trở thành 00.
[12303-3⋅12-3(23)0-3⋅0]⎡⎢⎣12303−3⋅12−3(23)0−3⋅0⎤⎥⎦
Bước 1.4.3.2.2.2
Rút gọn R2R2.
[1230000][1230000]
[1230000][1230000]
[1230000][1230000]
Bước 1.4.3.3
Sử dụng ma trận tìm được để kết luận đáp án cuối cùng cho hệ phương trình.
x+23y=0x+23y=0
0=00=0
Bước 1.4.3.4
Viết một vectơ nghiệm bằng cách giải theo các biến tự do trong mỗi hàng.
[xy]=[-2y3y][xy]=[−2y3y]
Bước 1.4.3.5
Viết nghiệm dưới dạng một tổ hợp tuyến tính của các vectơ.
[xy]=y[-231][xy]=y[−231]
Bước 1.4.3.6
Viết ở dạng một tập hợp nghiệm.
{y[-231]|y∈R}{y[−231]∣∣
∣∣y∈R}
Bước 1.4.3.7
Đáp án là tập hợp các vectơ được tạo ra từ các biến tự do của hệ phương trình.
{[-231]}{[−231]}
{[-231]}{[−231]}
{[-231]}{[−231]}
Bước 1.5
Không gian riêng của AA là danh sách không gian vectơ cho mỗi trị riêng.
{[11],[-231]}{[11],[−231]}
{[11],[-231]}{[11],[−231]}
Bước 2
Xác định PP làm ma trận của các vectơ riêng.
P=[1-2311]P=[1−2311]
Bước 3
Bước 3.1
Có thể tìm nghịch đảo của một ma trận 2×22×2 bằng công thức 1ad-bc[d-b-ca]1ad−bc[d−b−ca] trong đó ad-bcad−bc là định thức.
Bước 3.2
Tìm định thức.
Bước 3.2.1
Có thể tìm được định thức của một 2×22×2 ma trận bằng công thức |abcd|=ad-cb∣∣∣abcd∣∣∣=ad−cb.
1⋅1--231⋅1−−23
Bước 3.2.2
Rút gọn định thức.
Bước 3.2.2.1
Rút gọn mỗi số hạng.
Bước 3.2.2.1.1
Nhân 11 với 11.
1--231−−23
Bước 3.2.2.1.2
Nhân --23−−23.
Bước 3.2.2.1.2.1
Nhân -1−1 với -1−1.
1+1(23)1+1(23)
Bước 3.2.2.1.2.2
Nhân 2323 với 11.
1+231+23
1+231+23
1+231+23
Bước 3.2.2.2
Viết 11 ở dạng một phân số với một mẫu số chung.
33+2333+23
Bước 3.2.2.3
Kết hợp các tử số trên mẫu số chung.
3+233+23
Bước 3.2.2.4
Cộng 33 và 22.
5353
5353
5353
Bước 3.3
Vì định thức khác không nên nghịch đảo tồn tại.
Bước 3.4
Thay các giá trị đã biết vào công thức cho nghịch đảo.
P-1=153[123-11]P−1=153[123−11]
Bước 3.5
Nhân tử số với nghịch đảo của mẫu số.
P-1=1(35)[123-11]P−1=1(35)[123−11]
Bước 3.6
Nhân 3535 với 11.
P-1=35[123-11]P−1=35[123−11]
Bước 3.7
Nhân 3535 với mỗi phần tử của ma trận.
P-1=[35⋅135⋅2335⋅-135⋅1]P−1=[35⋅135⋅2335⋅−135⋅1]
Bước 3.8
Rút gọn từng phần tử trong ma trận.
Bước 3.8.1
Nhân 35 với 1.
P-1=[3535⋅2335⋅-135⋅1]
Bước 3.8.2
Triệt tiêu thừa số chung 3.
Bước 3.8.2.1
Triệt tiêu thừa số chung.
P-1=[3535⋅2335⋅-135⋅1]
Bước 3.8.2.2
Viết lại biểu thức.
P-1=[3515⋅235⋅-135⋅1]
P-1=[3515⋅235⋅-135⋅1]
Bước 3.8.3
Kết hợp 15 và 2.
P-1=[352535⋅-135⋅1]
Bước 3.8.4
Nhân 35⋅-1.
Bước 3.8.4.1
Kết hợp 35 và -1.
P-1=[35253⋅-1535⋅1]
Bước 3.8.4.2
Nhân 3 với -1.
P-1=[3525-3535⋅1]
P-1=[3525-3535⋅1]
Bước 3.8.5
Di chuyển dấu trừ ra phía trước của phân số.
P-1=[3525-3535⋅1]
Bước 3.8.6
Nhân 35 với 1.
P-1=[3525-3535]
P-1=[3525-3535]
P-1=[3525-3535]
Bước 4
Sử dụng phép biến đổi đồng dạng để tìm ma trận chéo D.
D=P-1AP
Bước 5
Thay các ma trận.
[3525-3535][4233][1-2311]
Bước 6
Bước 6.1
Nhân [3525-3535][4233].
Bước 6.1.1
Chỉ có thể nhân hai ma trận với nhau khi số cột trong ma trận thứ nhất bằng số hàng trong ma trận thứ hai. Trong trường hợp này, ma trận đầu tiên là 2×2 và ma trận thứ hai là 2×2.
Bước 6.1.2
Nhân từng hàng trong ma trận đầu với từng cột của ma trận sau.
[35⋅4+25⋅335⋅2+25⋅3-35⋅4+35⋅3-35⋅2+35⋅3][1-2311]
Bước 6.1.3
Rút gọn mỗi phần tử của ma trận bằng cách nhân ra tất cả các biểu thức.
[185125-3535][1-2311]
[185125-3535][1-2311]
Bước 6.2
Nhân [185125-3535][1-2311].
Bước 6.2.1
Chỉ có thể nhân hai ma trận với nhau khi số cột trong ma trận thứ nhất bằng số hàng trong ma trận thứ hai. Trong trường hợp này, ma trận đầu tiên là 2×2 và ma trận thứ hai là 2×2.
Bước 6.2.2
Nhân từng hàng trong ma trận đầu với từng cột của ma trận sau.
[185⋅1+125⋅1185(-23)+125⋅1-35⋅1+35⋅1-35(-23)+35⋅1]
Bước 6.2.3
Rút gọn mỗi phần tử của ma trận bằng cách nhân ra tất cả các biểu thức.
[6001]
[6001]
[6001]