解決済み

( 2 0 √10 )

( 0 -1 2 )

(√10 2 1 )の固有値に対しての固有空間の求め方が分かりません。簡約化が上手くできません。

よろしくお願い致します。

ベストアンサー

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 与えられた行列を AA として、AA の固有値 λ=0,5,3\lambda = 0, 5, -3 に属する固有空間 W(λ)={x(λIA)x=0}W(\lambda) = \{\vec{x} \mid (\lambda I - A)\vec{x} = 0\} を求めます。


λ=0\lambda = 0 の場合: 固有空間は W(0)={xAx=0}W(0) = \{\vec{x} \mid A\vec{x} = 0\} なので AA を簡約化して、

(20100121021)(1010/20121021)1行目×1/22行目×1(1010/2012024)3行目+1行目×10(1010/2012000)3行目+2行目×2\begin{aligned}&\begin{pmatrix} 2 & 0 & \sqrt{10} \\ 0 & -1 & 2 \\\sqrt{10} & 2 & 1 \end{pmatrix} \\ \rightarrow&\begin{pmatrix} 1 & 0 & \sqrt{10}/2 \\ 0 & 1 & -2 \\\sqrt{10} & 2 & 1 \end{pmatrix} &&\begin{aligned} 1行目 &\times 1/2 \\ 2行目 &\times -1\end{aligned} \\ \rightarrow&\begin{pmatrix} 1 & 0 & \sqrt{10}/2 \\ 0 & 1 & -2 \\ 0 & 2 & -4\end{pmatrix}&& 3行目 + 1行目 \times -\sqrt{10} \\ \rightarrow&\begin{pmatrix} 1 & 0 & \sqrt{10}/2 \\ 0 & 1 & -2 \\ 0 & 0 & 0\end{pmatrix} && 3行目 + 2行目 \times -2\end{aligned}

すなわち、

W(0)={(x1x2x3)|(1010/2012000)(x1x2x3)=0}W(0) = \left\{ \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \end{pmatrix} \,\middle|\, \begin{pmatrix} 1 & 0 & \sqrt{10}/2 \\ 0 & 1 & -2 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \end{pmatrix} = 0 \right\}

cc を任意定数として x3=cx_3 = c とすれば、x1=c10/2x_1 = -c\sqrt{10}/2x2=2cx_2 = 2c。よって、

W(0)={c(10/221)|cR}W(0) = \left\{ c \begin{pmatrix} -\sqrt{10}/2 \\ 2 \\ 1 \end{pmatrix} \,\middle|\, c \in \mathbb{R} \right\}


λ=5\lambda = 5 の場合: 5IA5I - A を簡約化して、

(30100621024)(1010/3011/31024)1行目×1/32行目×1/6(1010/3011/3000)3行目+1行目×10+2行目×2\begin{aligned}&\begin{pmatrix} 3 & 0 & -\sqrt{10} \\ 0 & 6 & -2 \\-\sqrt{10} & -2 & 4 \end{pmatrix} \\ \rightarrow&\begin{pmatrix} 1 & 0 & -\sqrt{10}/3 \\ 0 & 1 & -1/3 \\-\sqrt{10} & -2 & 4\end{pmatrix} && \begin{aligned} 1行目 &\times 1/3 \\ 2行目 &\times 1/6 \end{aligned} \\ \rightarrow&\begin{pmatrix} 1 & 0 & -\sqrt{10}/3 \\ 0 & 1 & -1/3 \\ 0 & 0 & 0\end{pmatrix} && \begin{aligned} 3行目 &+ 1行目 \times \sqrt{10} \\ &+ 2行目 \times 2 \end{aligned}\end{aligned}

したがって、

W(5)={c(10/31/31)|cR}W(5) = \left\{ c \begin{pmatrix} \sqrt{10}/3 \\ 1/3 \\ 1 \end{pmatrix} \,\middle|\, c \in \mathbb{R} \right\}


λ=3\lambda = -3 の場合: 3IA-3I - A を簡約化して、

(50100221023)(1010/50111023)1行目×1/52行目×1/2(1010/5011000)3行目+1行目×10+2行目×2\begin{aligned}&\begin{pmatrix} -5 & 0 & -\sqrt{10} \\ 0 & -2 & -2 \\-\sqrt{10} & -2 & -3\end{pmatrix} \\ \rightarrow&\begin{pmatrix} 1 & 0 & \sqrt{10}/5 \\ 0 & 1 & 1 \\-\sqrt{10} & -2 & -3\end{pmatrix} && \begin{aligned} 1行目 &\times -1/5 \\ 2行目 &\times -1/2 \end{aligned} \\ \rightarrow&\begin{pmatrix} 1 & 0 & \sqrt{10}/5 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0\end{pmatrix} && \begin{aligned} 3行目 &+ 1行目 \times \sqrt{10} \\ &+ 2行目 \times 2 \end{aligned}\end{aligned}

したがって、

W(3)={c(10/511)|cR}W(-3) = \left\{ c \begin{pmatrix} -\sqrt{10}/5 \\ -1 \\ 1 \end{pmatrix} \,\middle|\, c \in \mathbb{R} \right\}


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