diff --git "a/_posts/2024-03-01-\346\225\260\345\255\246\345\255\246\344\271\240.md" "b/_posts/2024-03-01-\346\225\260\345\255\246\345\255\246\344\271\240.md" index e2e0bb1..386e61b 100644 --- "a/_posts/2024-03-01-\346\225\260\345\255\246\345\255\246\344\271\240.md" +++ "b/_posts/2024-03-01-\346\225\260\345\255\246\345\255\246\344\271\240.md" @@ -356,6 +356,124 @@ if F' = G', F(x) = G(x) + c 1. 行列式 • 行列式的定义与性质 2. 矩阵 + +### 题目要求 + +已知: + +$ A \vec{v} = \lambda \vec{v} $ + +矩阵 $ A = \begin{bmatrix} 0 & 1 \\ 1 & -1 \end{bmatrix} $。 + +求 $ A $ 的特征向量和特征值,并计算 $ A^n $ 的表达式。 + +--- + +### 解答 + +#### 1. 特征值 + +特征值满足 $ \det(A - \lambda I) = 0 $。 + +$$ +A - \lambda I = \begin{bmatrix} 0 & 1 \\ 1 & -1 \end{bmatrix} - \begin{bmatrix} \lambda & 0 \\ 0 & \lambda \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} -\lambda & 1 \\ 1 & -1 - \lambda \end{bmatrix} +$$ + +求行列式: + +$$ +\det(A - \lambda I) = \lambda^2 - \lambda - 1 = 0 +$$ + +解得特征值: + +$$ +\lambda = \frac{1 \pm \sqrt{5}}{2} +$$ + +记为: + +$$ +\lambda_1 = \frac{1 + \sqrt{5}}{2}, \quad \lambda_2 = \frac{1 - \sqrt{5}}{2} +$$ + +--- + +#### 2. 特征向量 + +对于特征值 $ \lambda_1 = \frac{1 + \sqrt{5}}{2} $: + +$$ +A - \lambda_1 I = \begin{bmatrix} -\frac{1 + \sqrt{5}}{2} & 1 \\ 1 & -\frac{1 + \sqrt{5}}{2} \end{bmatrix} +$$ + +求解 $ (A - \lambda_1 I) \vec{v} = 0 $,即: + +$$ +-\frac{1 + \sqrt{5}}{2} x + y = 0 +$$ + +令 $ x = 1 $,则 $ y = \frac{1 + \sqrt{5}}{2} $。 + +故特征向量为: + +$$ +\vec{v_1} = \begin{bmatrix} 1 \\ \frac{1 + \sqrt{5}}{2} \end{bmatrix} +$$ + +对于特征值 $ \lambda_2 = \frac{1 - \sqrt{5}}{2} $: + +$$ +A - \lambda_2 I = \begin{bmatrix} -\frac{1 - \sqrt{5}}{2} & 1 \\ 1 & -\frac{1 - \sqrt{5}}{2} \end{bmatrix} +$$ + +求解 $ (A - \lambda_2 I) \vec{v} = 0 $,即: + +$$ +-\frac{1 - \sqrt{5}}{2} x + y = 0 +$$ + +令 $ x = 1 $,则 $ y = \frac{1 - \sqrt{5}}{2} $。 + +故特征向量为: + +$$ +\vec{v_2} = \begin{bmatrix} 1 \\ \frac{1 - \sqrt{5}}{2} \end{bmatrix} +$$ + +--- + +#### 3. 求 $ A^n $ 的表达式 + +设 $ A = P D P^{-1} $,则 $ A^n = P D^n P^{-1} $。 + +已知: + +$$ +D = \begin{bmatrix} \frac{1 + \sqrt{5}}{2} & 0 \\ 0 & \frac{1 - \sqrt{5}}{2} \end{bmatrix} +$$ + +$$ +D^n = \begin{bmatrix} \left( \frac{1 + \sqrt{5}}{2} \right)^n & 0 \\ 0 & \left( \frac{1 - \sqrt{5}}{2} \right)^n \end{bmatrix} +$$ + +求 $ P $ 和 $ P^{-1} $: + +$$ +P = \begin{bmatrix} 1 & 1 \\ \frac{1 + \sqrt{5}}{2} & \frac{1 - \sqrt{5}}{2} \end{bmatrix} +$$ + +$$ +P^{-1} = \frac{1}{\sqrt{5}} \begin{bmatrix} \frac{\sqrt{5} - 1}{2} & -1 \\ -\frac{\sqrt{5} + 1}{2} & 1 \end{bmatrix} +$$ + +因此, + +$$ +A^n = P D^n P^{-1} +$$ + + • 矩阵的基本运算 • 逆矩阵 • 矩阵的秩