如何判断特征向量是否正交?

作者&投稿:敖梦 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
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将两向量做内积,得出结果为0则两特征向量正交。

例子:

设向量m=(x1,x2,x3),n=(y1,y2,y3)那么m*n=x1y1+x2y2+x3y3如果m*n=0,那么称m和n正交。

矩阵的特征向量是矩阵理论上的重要概念之一,它有着广泛的应用。数学上,线性变换的特征向量(本征向量)是一个非简并的向量,其方向在该变换下不变。该向量在此变换下缩放的比例称为其特征值(本征值)。

扩展资料:

求特征值

描述正方形矩阵的特征值的重要工具是特征多项式,λ是A的特征值等价于线性方程组(A _ λI) v = 0 (其中I是单位矩阵)有非零解v (一个特征向量),因此等价于行列式|A _ λI|=0 [1]  。

函数p(λ) = det(A _ λI)是λ的多项式,因为行列式定义为一些乘积的和,这就是A的特征多项式。矩阵的特征值也就是其特征多项式的零点。

一个矩阵A的特征值可以通过求解方程pA(λ) = 0来得到。 若A是一个n×n矩阵,则pA为n次多项式,因而A最多有n个特征值。 

反过来,代数基本定理说这个方程刚好有n个根,如果重根也计算在内的话。所有奇数次的多项式必有一个实数根,因此对于奇数n,每个实矩阵至少有一个实特征值。在实矩阵的情形,对于偶数或奇数的n,非实数特征值成共轭对出现。

求特征向量

一旦找到两两互不相同的特征值λ,相应的特征向量可以通过求解方程(A _ λI) v = 0 得到,其中v为待求特征向量,I为单位阵。

当特征值出现重根时,如λ1=λ2,此时,特征向量v1的求解方法为(A-λ1I)v1=0,v2为(A-λ2I)v2=v1,依次递推。

没有实特征值的一个矩阵的例子是顺时针旋转90度。

数值计算

在实践中,大型矩阵的特征值无法通过特征多项式计算,计算该多项式本身相当费资源,而精确的“符号式”的根对于高次的多项式来说很难计算和表达:阿贝尔-鲁费尼定理显示高次(5次或更高)多项式的根无法用n次方根来简单表达。

对于估算多项式的根的有效算法是有的,但特征值的小误差可以导致特征向量的巨大误差。求特征多项式的零点,即特征值的一般算法,是迭代法。最简单的方法是幂法:取一个随机向量v,然后计算一系列单位向量。

这个序列几乎总是收敛于绝对值最大的特征值所对应的特征向量。这个算法很简单,但是本身不是很有用。但是,象QR算法这样的算法正是以此为基础的。

参考资料:百度百科-特征向量




如何判断特征向量是否正交
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天元区18792515661: 刘老师,实对称矩阵,如何判断特征重根对应的特征向量是否正交?如题 -
裔竹如意:[答案] 这只能用正交的定义

天元区18792515661: 如何证明一个矩阵不同特征值对应特征向量正交,是不是很麻烦过程 -
裔竹如意:[答案] 反例: A= 1 1 0 0 两个特征向量分别是[1,0]^T和[1,-1]^T,不正交 只有正规矩阵的特征向量才是正交的

天元区18792515661: 特征向量正交问题 -
裔竹如意: 不对,矩阵A的其他特征向量都是与该向量正交的向量,但其他特征向量的线性组合就不一定了. 例如这个矩阵 1,0,0 0,4,0 0,0,9

天元区18792515661: 三个特征值互不相同,其特征向量是否两两正交 -
裔竹如意: 是的,不同特征值对应的特征向量必正交,这是特征值与特征向量的重要性质,可以再高等代数或线性代数教材中查到这个结论.

天元区18792515661: 关于矩阵特征值重根问题,如何选取自由变量才能得到正交的特征向量? -
裔竹如意: 先正交化,在单位化(史密斯正交化方法)

天元区18792515661: 通过三个特征值计算出三个三阶的列向量,怎么一眼看出来这三个特征向量组成的矩阵是正交矩阵? -
裔竹如意: 如果是三个不同特征值 对应的三个特征向量 那当然是正交的 因为不同特征值的特征向量肯定正交 这是特征值的基本性质

天元区18792515661: 怎么证明实对称矩阵不同特征值的特征向量互相正交 -
裔竹如意:[答案] 思路大概是这样的设实对称矩阵A的两不同特征值k1,k2对应的特征向量a,b,则a'Ab=k1*a'b此式的左边为一实数,故其转置与其相等,再由A为实对阵矩阵,有a'Ab=b'A'a=b'Aa=k2*b'a即k1*a'b=k2*b'a又由a'b=b'a,k1不等于k2故a'b=b'a=0

天元区18792515661: 请问:n阶实对称矩阵,其相同的特征值所对应的特征向量,一定不正交吗?n阶实对称矩阵,不同的特征值所对应的特征向量一定正交.但如果遇到重根,即... -
裔竹如意:[答案] 相同的特征值所对应的特征向量,一定不正交吗? 不一定正交,但一定可以规范正交. 也就是一定存在正交的情况. 比如知道特征值为1,1,2并知道特征值1对应的一个特征向量a,特征值2对应的一个特征向量b,再求最后一个也就是1对应的另一个特征...

天元区18792515661: 相同特征值的不同特征向量正交吗 -
裔竹如意: 不一定正交,他们共同张成一个子空间,子空间内任意两个向量都是特征向量,只能线性无关,不保证正交

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