電気通信大学 情報理工学研究科 情報・ネットワーク工学専攻 2021年8月実施 必須問題 線形代数
Author
祭音Myyura (co-authored with GPT 5.6 SOL)
Description
A=1202−12021
とし、E を単位行列、O を零行列とする。
- A の固有値をすべて求め、最大固有値の固有ベクトルを求めよ。
- aA2+bA+cE=O ならば a=b=c=0 であることを示せ。
- A3+sA2+tA+uE=O を満たす s,t,u を求めよ。
- A5−4A4+3A3 を求めよ。
- f(x)=(A5−4A4+3A3)x と定める。dimImf と Imf の基底を求めよ。
题目描述
给定一个三阶实对称矩阵,求其特征值和特征向量,证明 E,A,A2 线性无关,利用特征多项式求矩阵多项式,并确定相应线性映射的像空间。
Kai
(1)
det(λE−A)=λ3−λ2−9λ+9=(λ+3)(λ−1)(λ−3).
したがって固有値は
−3,1,3.
最大固有値 3 に対して、例えば
111
が固有ベクトルである。
(2)
固有値 λ=−3,1,3 に対応する固有ベクトルへ
aA2+bA+cE=O
を作用させると、二次式 aλ2+bλ+c は相異なる 3 点 −3,1,3 で零となる。よってこの二次式は恒等的に零であり、
a=b=c=0.
(3)
Cayley-Hamilton の定理より
A3−A2−9A+9E=O.
ゆえに
s=−1,t=−9,u=9.
(4)
直接計算すると
A5−4A4+3A3=−108216−108216−432216−108216−108.
(5)
(4) の行列の各列は (1−21)T の定数倍であり、零行列ではない。したがって
dimImf=1,
基底の一つは
⎩⎨⎧1−21⎭⎬⎫.