线性代数 示例

求出特征值 [[4,0,1],[2,3,2],[49,0,4]]
[4012324904]4012324904
解题步骤 1
建立公式以求特征方程 p(λ)p(λ)
p(λ)=行列式(A-λI3)
解题步骤 2
大小为 3 的单位矩阵,是主对角线为 1 而其余元素皆为 0 的 3×3 方阵。
[100010001]
解题步骤 3
将已知值代入 p(λ)=行列式(A-λI3)
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解题步骤 3.1
代入 [4012324904] 替换 A
p(λ)=行列式([4012324904]-λI3)
解题步骤 3.2
代入 [100010001] 替换 I3
p(λ)=行列式([4012324904]-λ[100010001])
p(λ)=行列式([4012324904]-λ[100010001])
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
-λ 乘以矩阵中的每一个元素。
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ1-λ0-λ0-λ0-λ1-λ0-λ0-λ0-λ1])
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
-1 乘以 1
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ-λ0-λ0-λ0-λ1-λ0-λ0-λ0-λ1])
解题步骤 4.1.2.2
乘以 -λ0
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解题步骤 4.1.2.2.1
0 乘以 -1
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ0λ-λ0-λ0-λ1-λ0-λ0-λ0-λ1])
解题步骤 4.1.2.2.2
0 乘以 λ
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ0-λ0-λ0-λ1-λ0-λ0-λ0-λ1])
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ0-λ0-λ0-λ1-λ0-λ0-λ0-λ1])
解题步骤 4.1.2.3
乘以 -λ0
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解题步骤 4.1.2.3.1
0 乘以 -1
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ00λ-λ0-λ1-λ0-λ0-λ0-λ1])
解题步骤 4.1.2.3.2
0 乘以 λ
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ00-λ0-λ1-λ0-λ0-λ0-λ1])
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ00-λ0-λ1-λ0-λ0-λ0-λ1])
解题步骤 4.1.2.4
乘以 -λ0
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解题步骤 4.1.2.4.1
0 乘以 -1
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ000λ-λ1-λ0-λ0-λ0-λ1])
解题步骤 4.1.2.4.2
0 乘以 λ
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ000-λ1-λ0-λ0-λ0-λ1])
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ000-λ1-λ0-λ0-λ0-λ1])
解题步骤 4.1.2.5
-1 乘以 1
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ000-λ-λ0-λ0-λ0-λ1])
解题步骤 4.1.2.6
乘以 -λ0
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解题步骤 4.1.2.6.1
0 乘以 -1
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ000-λ0λ-λ0-λ0-λ1])
解题步骤 4.1.2.6.2
0 乘以 λ
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ000-λ0-λ0-λ0-λ1])
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ000-λ0-λ0-λ0-λ1])
解题步骤 4.1.2.7
乘以 -λ0
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解题步骤 4.1.2.7.1
0 乘以 -1
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ000-λ00λ-λ0-λ1])
解题步骤 4.1.2.7.2
0 乘以 λ
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ000-λ00-λ0-λ1])
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ000-λ00-λ0-λ1])
解题步骤 4.1.2.8
乘以 -λ0
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解题步骤 4.1.2.8.1
0 乘以 -1
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ000-λ000λ-λ1])
解题步骤 4.1.2.8.2
0 乘以 λ
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ000-λ000-λ1])
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ000-λ000-λ1])
解题步骤 4.1.2.9
-1 乘以 1
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ000-λ000-λ])
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ000-λ000-λ])
p(λ)=行列式([4012324904]+[-λ000-λ000-λ])
解题步骤 4.2
加上相应元素。
p(λ)=行列式[4-λ0+01+02+03-λ2+049+00+04-λ]
解题步骤 4.3
Simplify each element.
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解题步骤 4.3.1
00 相加。
p(λ)=行列式[4-λ01+02+03-λ2+049+00+04-λ]
解题步骤 4.3.2
10 相加。
p(λ)=行列式[4-λ012+03-λ2+049+00+04-λ]
解题步骤 4.3.3
20 相加。
p(λ)=行列式[4-λ0123-λ2+049+00+04-λ]
解题步骤 4.3.4
20 相加。
p(λ)=行列式[4-λ0123-λ249+00+04-λ]
解题步骤 4.3.5
490 相加。
p(λ)=行列式[4-λ0123-λ2490+04-λ]
解题步骤 4.3.6
00 相加。
p(λ)=行列式[4-λ0123-λ24904-λ]
p(λ)=行列式[4-λ0123-λ24904-λ]
p(λ)=行列式[4-λ0123-λ24904-λ]
解题步骤 5
Find the determinant.
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解题步骤 5.1
Choose the row or column with the most 0 elements. If there are no 0 elements choose any row or column. Multiply every element in column 2 by its cofactor and add.
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解题步骤 5.1.1
Consider the corresponding sign chart.
|+-+-+-+-+|
解题步骤 5.1.2
The cofactor is the minor with the sign changed if the indices match a - position on the sign chart.
解题步骤 5.1.3
The minor for a12 is the determinant with row 1 and column 2 deleted.
|22494-λ|
解题步骤 5.1.4
Multiply element a12 by its cofactor.
0|22494-λ|
解题步骤 5.1.5
The minor for a22 is the determinant with row 2 and column 2 deleted.
|4-λ1494-λ|
解题步骤 5.1.6
Multiply element a22 by its cofactor.
(3-λ)|4-λ1494-λ|
解题步骤 5.1.7
The minor for a32 is the determinant with row 3 and column 2 deleted.
|4-λ122|
解题步骤 5.1.8
Multiply element a32 by its cofactor.
0|4-λ122|
解题步骤 5.1.9
Add the terms together.
p(λ)=0|22494-λ|+(3-λ)|4-λ1494-λ|+0|4-λ122|
p(λ)=0|22494-λ|+(3-λ)|4-λ1494-λ|+0|4-λ122|
解题步骤 5.2
0 乘以 |22494-λ|
p(λ)=0+(3-λ)|4-λ1494-λ|+0|4-λ122|
解题步骤 5.3
0 乘以 |4-λ122|
p(λ)=0+(3-λ)|4-λ1494-λ|+0
解题步骤 5.4
计算 |4-λ1494-λ|
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解题步骤 5.4.1
可以使用公式 |abcd|=ad-cb2×2 矩阵的行列式。
p(λ)=0+(3-λ)((4-λ)(4-λ)-491)+0
解题步骤 5.4.2
化简行列式。
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解题步骤 5.4.2.1
化简每一项。
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解题步骤 5.4.2.1.1
使用 FOIL 方法展开 (4-λ)(4-λ)
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解题步骤 5.4.2.1.1.1
运用分配律。
p(λ)=0+(3-λ)(4(4-λ)-λ(4-λ)-491)+0
解题步骤 5.4.2.1.1.2
运用分配律。
p(λ)=0+(3-λ)(44+4(-λ)-λ(4-λ)-491)+0
解题步骤 5.4.2.1.1.3
运用分配律。
p(λ)=0+(3-λ)(44+4(-λ)-λ4-λ(-λ)-491)+0
p(λ)=0+(3-λ)(44+4(-λ)-λ4-λ(-λ)-491)+0
解题步骤 5.4.2.1.2
化简并合并同类项。
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解题步骤 5.4.2.1.2.1
化简每一项。
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解题步骤 5.4.2.1.2.1.1
4 乘以 4
p(λ)=0+(3-λ)(16+4(-λ)-λ4-λ(-λ)-491)+0
解题步骤 5.4.2.1.2.1.2
-1 乘以 4
p(λ)=0+(3-λ)(16-4λ-λ4-λ(-λ)-491)+0
解题步骤 5.4.2.1.2.1.3
4 乘以 -1
p(λ)=0+(3-λ)(16-4λ-4λ-λ(-λ)-491)+0
解题步骤 5.4.2.1.2.1.4
使用乘法的交换性质重写。
p(λ)=0+(3-λ)(16-4λ-4λ-1-1λλ-491)+0
解题步骤 5.4.2.1.2.1.5
通过指数相加将 λ 乘以 λ
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解题步骤 5.4.2.1.2.1.5.1
移动 λ
p(λ)=0+(3-λ)(16-4λ-4λ-1-1(λλ)-491)+0
解题步骤 5.4.2.1.2.1.5.2
λ 乘以 λ
p(λ)=0+(3-λ)(16-4λ-4λ-1-1λ2-491)+0
p(λ)=0+(3-λ)(16-4λ-4λ-1-1λ2-491)+0
解题步骤 5.4.2.1.2.1.6
-1 乘以 -1
p(λ)=0+(3-λ)(16-4λ-4λ+1λ2-491)+0
解题步骤 5.4.2.1.2.1.7
λ2 乘以 1
p(λ)=0+(3-λ)(16-4λ-4λ+λ2-491)+0
p(λ)=0+(3-λ)(16-4λ-4λ+λ2-491)+0
解题步骤 5.4.2.1.2.2
-4λ 中减去 4λ
p(λ)=0+(3-λ)(16-8λ+λ2-491)+0
p(λ)=0+(3-λ)(16-8λ+λ2-491)+0
解题步骤 5.4.2.1.3
-49 乘以 1
p(λ)=0+(3-λ)(16-8λ+λ2-49)+0
p(λ)=0+(3-λ)(16-8λ+λ2-49)+0
解题步骤 5.4.2.2
16 中减去 49
p(λ)=0+(3-λ)(-8λ+λ2-33)+0
解题步骤 5.4.2.3
-8λλ2 重新排序。
p(λ)=0+(3-λ)(λ2-8λ-33)+0
p(λ)=0+(3-λ)(λ2-8λ-33)+0
p(λ)=0+(3-λ)(λ2-8λ-33)+0
解题步骤 5.5
化简行列式。
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解题步骤 5.5.1
合并 0+(3-λ)(λ2-8λ-33)+0 中相反的项。
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解题步骤 5.5.1.1
0(3-λ)(λ2-8λ-33) 相加。
p(λ)=(3-λ)(λ2-8λ-33)+0
解题步骤 5.5.1.2
(3-λ)(λ2-8λ-33)0 相加。
p(λ)=(3-λ)(λ2-8λ-33)
p(λ)=(3-λ)(λ2-8λ-33)
解题步骤 5.5.2
将第一个表达式中的每一项与第二个表达式中的每一项相乘来展开 (3-λ)(λ2-8λ-33)
p(λ)=3λ2+3(-8λ)+3-33-λλ2-λ(-8λ)-λ-33
解题步骤 5.5.3
化简每一项。
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解题步骤 5.5.3.1
-8 乘以 3
p(λ)=3λ2-24λ+3-33-λλ2-λ(-8λ)-λ-33
解题步骤 5.5.3.2
3 乘以 -33
p(λ)=3λ2-24λ-99-λλ2-λ(-8λ)-λ-33
解题步骤 5.5.3.3
通过指数相加将 λ 乘以 λ2
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解题步骤 5.5.3.3.1
移动 λ2
p(λ)=3λ2-24λ-99-(λ2λ)-λ(-8λ)-λ-33
解题步骤 5.5.3.3.2
λ2 乘以 λ
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解题步骤 5.5.3.3.2.1
λ 进行 1 次方运算。
p(λ)=3λ2-24λ-99-(λ2λ1)-λ(-8λ)-λ-33
解题步骤 5.5.3.3.2.2
使用幂法则 aman=am+n 合并指数。
p(λ)=3λ2-24λ-99-λ2+1-λ(-8λ)-λ-33
p(λ)=3λ2-24λ-99-λ2+1-λ(-8λ)-λ-33
解题步骤 5.5.3.3.3
21 相加。
p(λ)=3λ2-24λ-99-λ3-λ(-8λ)-λ-33
p(λ)=3λ2-24λ-99-λ3-λ(-8λ)-λ-33
解题步骤 5.5.3.4
使用乘法的交换性质重写。
p(λ)=3λ2-24λ-99-λ3-1-8λλ-λ-33
解题步骤 5.5.3.5
通过指数相加将 λ 乘以 λ
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解题步骤 5.5.3.5.1
移动 λ
p(λ)=3λ2-24λ-99-λ3-1-8(λλ)-λ-33
解题步骤 5.5.3.5.2
λ 乘以 λ
p(λ)=3λ2-24λ-99-λ3-1-8λ2-λ-33
p(λ)=3λ2-24λ-99-λ3-1-8λ2-λ-33
解题步骤 5.5.3.6
-1 乘以 -8
p(λ)=3λ2-24λ-99-λ3+8λ2-λ-33
解题步骤 5.5.3.7
-33 乘以 -1
p(λ)=3λ2-24λ-99-λ3+8λ2+33λ
p(λ)=3λ2-24λ-99-λ3+8λ2+33λ
解题步骤 5.5.4
3λ28λ2 相加。
p(λ)=11λ2-24λ-99-λ3+33λ
解题步骤 5.5.5
-24λ33λ 相加。
p(λ)=11λ2+9λ-99-λ3
解题步骤 5.5.6
移动 -99
p(λ)=11λ2+9λ-λ3-99
解题步骤 5.5.7
移动 9λ
p(λ)=11λ2-λ3+9λ-99
解题步骤 5.5.8
11λ2-λ3 重新排序。
p(λ)=-λ3+11λ2+9λ-99
p(λ)=-λ3+11λ2+9λ-99
p(λ)=-λ3+11λ2+9λ-99
解题步骤 6
使特征多项式等于 0,以求特征值 λ
-λ3+11λ2+9λ-99=0
解题步骤 7
求解 λ
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解题步骤 7.1
对方程左边进行因式分解。
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解题步骤 7.1.1
从每组中因式分解出最大公因数。
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解题步骤 7.1.1.1
将首两项和最后两项分成两组。
(-λ3+11λ2)+9λ-99=0
解题步骤 7.1.1.2
从每组中因式分解出最大公因数 (GCF)。
λ2(-λ+11)-9(-λ+11)=0
λ2(-λ+11)-9(-λ+11)=0
解题步骤 7.1.2
通过因式分解出最大公因数 -λ+11 来因式分解多项式。
(-λ+11)(λ2-9)=0
解题步骤 7.1.3
9 重写为 32
(-λ+11)(λ2-32)=0
解题步骤 7.1.4
因数。
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解题步骤 7.1.4.1
因为两项都是完全平方数,所以使用平方差公式 a2-b2=(a+b)(a-b) 进行因式分解,其中 a=λb=3
(-λ+11)((λ+3)(λ-3))=0
解题步骤 7.1.4.2
去掉多余的括号。
(-λ+11)(λ+3)(λ-3)=0
(-λ+11)(λ+3)(λ-3)=0
(-λ+11)(λ+3)(λ-3)=0
解题步骤 7.2
如果等式左侧的任一因数等于 0,则整个表达式将等于 0
-λ+11=0
λ+3=0
λ-3=0
解题步骤 7.3
-λ+11 设为等于 0 并求解 λ
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解题步骤 7.3.1
-λ+11 设为等于 0
-λ+11=0
解题步骤 7.3.2
求解 λ-λ+11=0
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解题步骤 7.3.2.1
从等式两边同时减去 11
-λ=-11
解题步骤 7.3.2.2
-λ=-11 中的每一项除以 -1 并化简。
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解题步骤 7.3.2.2.1
-λ=-11 中的每一项都除以 -1
-λ-1=-11-1
解题步骤 7.3.2.2.2
化简左边。
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解题步骤 7.3.2.2.2.1
将两个负数相除得到一个正数。
λ1=-11-1
解题步骤 7.3.2.2.2.2
λ 除以 1
λ=-11-1
λ=-11-1
解题步骤 7.3.2.2.3
化简右边。
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解题步骤 7.3.2.2.3.1
-11 除以 -1
λ=11
λ=11
λ=11
λ=11
λ=11
解题步骤 7.4
λ+3 设为等于 0 并求解 λ
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解题步骤 7.4.1
λ+3 设为等于 0
λ+3=0
解题步骤 7.4.2
从等式两边同时减去 3
λ=-3
λ=-3
解题步骤 7.5
λ-3 设为等于 0 并求解 λ
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解题步骤 7.5.1
λ-3 设为等于 0
λ-3=0
解题步骤 7.5.2
在等式两边都加上 3
λ=3
λ=3
解题步骤 7.6
最终解为使 (-λ+11)(λ+3)(λ-3)=0 成立的所有值。
λ=11,-3,3
λ=11,-3,3
(
(
)
)
|
|
[
[
]
]
{
{
}
}
A
A
7
7
8
8
9
9
B
B
4
4
5
5
6
6
/
/
^
^
×
×
>
>
π
π
1
1
2
2
3
3
-
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+
÷
÷
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0
0
.
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 [x2  12  π  xdx ]