東京大学 新領域創成科学研究科 メディカル情報生命専攻 2014年8月実施 問題8
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Let
(1) Find all the eigenvalues
(2) Under the assumption of
- i) Let
be the matrix whose first and second columns consist of the eigenvectors and for the eigenvalues and , respectively. Show that is invertible and satisfies . - ii) Prove that the set
and are equal.
(3) For each of the statements A), B), and C), answer the conditions on matrix elements
- A) Every
can be expressed as with some . - B) No
can be expressed as with some . - C) At least one
can be expressed as with some .
设
(1) 找出
(2) 在假设
- i) 设
为一个矩阵,其第一列和第二列分别由特征值 和 的特征向量 和 组成。证明 是可逆的,并且满足 。 - ii) 证明集合
和 是相等的。
(3) 对于每个陈述 A), B), 和 C),回答矩阵元素
- A) 每个
都可以表示为 ,其中 。 - B) 没有
可以表示为 ,其中 。 - C) 至少有一个
可以表示为 ,其中 。
Kai
(1)
To find the eigenvalues of the matrix
The characteristic polynomial of
This simplifies to:
The eigenvalues
(2)
i) Showing is Invertible
Let
To show that
Therefore,
Thus, we have:
ii) Proving Set Equality
To prove that the set
(3)
A) For every
B) No
C) At least one
Knowledge
特征值和特征向量 矩阵分解
解题技巧和信息
- 特征值问题中,特征多项式是重要的工具,通过求解特征多项式可以得到特征值。
- 当矩阵的特征值不同时,其特征向量是线性无关的,这使得特征向量矩阵是可逆的。
- 在处理复杂矩阵时,注意到特征向量的规范性及其在不同基底下的表示。
重点词汇
eigenvalue 特征值
eigenvector 特征向量
invertible 可逆的
characteristic polynomial 特征多项式
quadratic equation 二次方程
参考资料
- 《线性代数及其应用》 第 5 章 特征值和特征向量