线性代数示例

$[\begin{array}{c} 2 & 1 \\ 4 & 0 \end{array}]$

解题步骤 1

建立公式以求特征方程 $p (λ)$ 。

$p (λ) = 行列式 (A - λ I_{2})$

解题步骤 2

大小为 $2$ 的单位矩阵，是主对角线为 1 而其余元素皆为 0 的 $2 \times 2$ 方阵。

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

解题步骤 3

将已知值代入 $p (λ) = 行列式 (A - λ I_{2})$ 。

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解题步骤 3.1

代入 $[\begin{array}{c} 2 & 1 \\ 4 & 0 \end{array}]$ 替换 $A$ 。

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

解题步骤 3.2

代入 $[\begin{array}{c} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{array}]$ 替换 $I_{2}$ 。

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

解题步骤 4

化简。

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解题步骤 4.1

化简每一项。

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解题步骤 4.1.1

将 $- λ$ 乘以矩阵中的每一个元素。

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

解题步骤 4.1.2

化简矩阵中的每一个元素。

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解题步骤 4.1.2.1

将 $- 1$ 乘以 $1$ 。

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

解题步骤 4.1.2.2

乘以 $- λ \cdot 0$ 。

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解题步骤 4.1.2.2.1

将 $0$ 乘以 $- 1$ 。

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

解题步骤 4.1.2.2.2

将 $0$ 乘以 $λ$ 。

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

解题步骤 4.1.2.3

乘以 $- λ \cdot 0$ 。

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解题步骤 4.1.2.3.1

将 $0$ 乘以 $- 1$ 。

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

解题步骤 4.1.2.3.2

将 $0$ 乘以 $λ$ 。

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

解题步骤 4.1.2.4

将 $- 1$ 乘以 $1$ 。

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

解题步骤 4.2

加上相应元素。

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

解题步骤 4.3

化简每一个元素。

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解题步骤 4.3.1

将 $1$ 和 $0$ 相加。

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

解题步骤 4.3.2

将 $4$ 和 $0$ 相加。

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

解题步骤 4.3.3

从 $0$ 中减去 $λ$ 。

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

解题步骤 5

求行列式。

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解题步骤 5.1

可以使用公式 $| \begin{array}{c} a & b \\ c & d \end{array} | = a d - c b$ 求 $2 \times 2$ 矩阵的行列式。

$p (λ) = (2 - λ) (- λ) - 4 \cdot 1$

解题步骤 5.2

化简行列式。

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解题步骤 5.2.1

化简每一项。

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解题步骤 5.2.1.1

运用分配律。

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

解题步骤 5.2.1.2

将 $- 1$ 乘以 $2$ 。

$p (λ) = - 2 λ - λ (- λ) - 4 \cdot 1$

解题步骤 5.2.1.3

使用乘法的交换性质重写。

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

解题步骤 5.2.1.4

化简每一项。

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解题步骤 5.2.1.4.1

通过指数相加将 $λ$ 乘以 $λ$ 。

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解题步骤 5.2.1.4.1.1

移动 $λ$ 。

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

解题步骤 5.2.1.4.1.2

将 $λ$ 乘以 $λ$ 。

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

解题步骤 5.2.1.4.2

将 $- 1$ 乘以 $- 1$ 。

$p (λ) = - 2 λ + 1 λ^{2} - 4 \cdot 1$

解题步骤 5.2.1.4.3

将 $λ^{2}$ 乘以 $1$ 。

$p (λ) = - 2 λ + λ^{2} - 4 \cdot 1$

解题步骤 5.2.1.5

将 $- 4$ 乘以 $1$ 。

$p (λ) = - 2 λ + λ^{2} - 4$

解题步骤 5.2.2

将 $- 2 λ$ 和 $λ^{2}$ 重新排序。

$p (λ) = λ^{2} - 2 λ - 4$

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