Valores propios calculadora

Formato numérico
Comentarios de la solución
Sin descripción (solo respuesta)

a

b

c

d

x

y

z

clear

i

ab
x2
xn

Randomize

313131313135151515151583137
2
2510
=Resolver

  Calculadora de valores propios de matrices en línea

Esta es una calculadora en línea gratuita para encontrar los valores propios de una matriz con una descripción completa, detallada y paso a paso de las soluciones, que realiza operaciones con matrices de hasta 99x99 elementos con elementos matriciales de este tipo: números decimales, fracciones, números complejos, variables.

Para iniciar el cálculo, primero debe ingresar el tamaño de la matriz en el campo de entrada que puede encontrar en la parte superior de la pantalla, allí también puede elegir el método de cálculo deseado.

Un poco más abajo encontrará una ventana de matriz en la que debe ingresar los elementos de la matriz usando el teclado. Aquí también se encuentra el panel de control de la matriz, que simplifica el trabajo con matrices y contiene los siguientes elementos de control:

  • El primer elemento permite expandir la ventana de la matriz. Esto puede ser especialmente útil en casos donde necesite realizar cálculos con matrices muy grandes que no encajan completamente. Si la matriz aún no está visible después de expandir la ventana, puede cambiar la escala de la matriz usando los botones +/-;
  • El segundo elemento realiza la función de copiar la entrada de la matriz en el búfer de memoria. Esto puede ser útil en casos donde suele usar la misma matriz para cálculos o si necesita mover matrices entre operaciones.
  • Y el último elemento inserta la matriz previamente copiada, lo que le permite acelerar el proceso de ingreso de la matriz a solo unos pocos clics, en lugar de hacerlo manualmente.

Y más abajo encontrará una barra de herramientas que le permite personalizar la calculadora y facilitar su trabajo. Está dividido visualmente en tres partes, cada una de las cuales se encarga de la siguiente funcionalidad:

  • La primera le permite seleccionar el formato numérico cuando se muestra el resultado de la solución. Además, aquí puede desactivar los comentarios de la solución del problema si ya ha entendido cómo resolver este problema y usa la calculadora para acelerar o verificar sus propios cálculos. O puede desactivar la solución paso a paso por completo si solo necesita el resultado de la solución.
  • El segundo contiene botones que le permiten cambiar el tipo del campo de entrada de la matriz, borrar sus elementos o la matriz completa, y el botón más grande con un signo igual, que lo llevará a la pantalla con la solución del problema. Todos estos botones están duplicados por teclas del teclado. Para saber qué tecla del teclado debe presionar, simplemente coloque el cursor sobre uno de los botones y aparecerá un mensaje emergente con el nombre de la tecla. También puede usar las teclas de flecha del teclado para mover el cursor entre los campos de entrada de la matriz.
  • Y el último le permite elegir el número de dígitos después del punto decimal para redondear números no enteros. Además, aquí puede ver inmediatamente un ejemplo de cómo se verán las fracciones redondeadas.

  ¿Qué son los valores propios de una matriz?

La definición de valores propios está estrechamente relacionada con los vectores propios. Los vectores propios son vectores cuyas direcciones no cambian por la transformación lineal, pero se escalan por un factor constante. Este factor constante por el cual se escalan los vectores propios durante la transformación lineal es el valor propio.

  ¿Cómo encontrar los valores propios de una matriz?

Primero, necesitamos encontrar la ecuación característica de la matriz dada y luego resolverla. Las raíces de la ecuación característica de una matriz dada también son los valores propios de esta matriz. Los valores propios solo se pueden calcular para matrices cuadradas.

  Ejemplo de cómo encontrar los valores propios de una matriz

Escribe la matriz inicial
A
:
A
=
71
7
2
8
8
5
5
5
8
Para encontrar los valores propios de la matriz
A
, necesita hacer lo siguiente:
1)
Encuentre la ecuación característica de la matriz A, para esto necesita hacer lo siguiente:
Formar una nueva matriz(A - λI) restando λ de todos los elementos de la diagonal principal de la matriz A;
Encuentre el determinante de la matriz A - λI;
Igualar el determinante de la matriz A - λI a cero;
2)
Resolver la ecuación característica de la matriz A;
3)
Las raíces de la ecuación característica de la matriz A son también sus valores propios;
2
Form A − λ·I
Forme la matriz
A - λI
:
A - λI
=
A
-
λ
*
I
=
71
7
2
8
8
5
5
5
8
-
λ
*
1
0
0
0
1
0
0
0
1
=
71
-
λ
7
2
8
8
-
λ
5
5
5
8
-
λ
Ahora necesitas encontrar el determinante de esta matriz;
3
Characteristic polynomial det(A − λ·I)
det(
A - λI
) =
71
-
λ
7
2
8
8
-
λ
5
5
5
8
-
λ
=
-
λ
3
0
+
87
λ
2
0
-1109
λ
+
2496
;
4
Ecuación característica
Encontramos el siguiente determinante de la matriz
A - λI
:
-
λ
3
0
+
87
λ
2
0
-1109
λ
+
2496
;
Iguale este determinante a cero y obtenga la ecuación característica de la matriz
A
:
-
λ
3
0
+
87
λ
2
0
-1109
λ
+
2496
= 0;
Ahora podemos resolver esta ecuación y sus raíces nos darán los valores propios de la matriz
A
;
5
Solución de la ecuación característica
Escribe la ecuación inicial de cuyas raíces se debe encontrar:
-
λ
3
0
+
87
λ
2
0
-1109
λ
+
2496
= 0;
Como podemos ver en la ecuación el grado máximo de la variable es
3
, lo que significa que tenemos la ecuación del siguiente tipo:
3
0
+
2
0
+
+
d
= 0;
// donde
a
=
-1
;
b
=
87
;
c
=
-1109
;
d
=
2496
;
Para resolver esta ecuación, podemos utilizar el método de Cardano, que consiste en llevar la ecuación inicial a una forma cúbica deprimida;
Forma cúbica deprimida significa eliminación de la ecuación
λ
2
0
y tiene la siguiente forma:
t
3
0
+
pt
+
q
= 0;
// donde
t
=
x
+
b
3
a
;
p
=
3
ac
-
b
2
0
3
a
2
0
;
q
=
2
b
3
0
- 9
abs
+ 27
a
2
0
d
27
a
3
0
;
Las raíces
λ
0
1
,
λ
0
2
,
λ
0
3
de la ecuación inicial están relacionadas con las raíces
t
0
1
,
t
0
2
,
t
0
3
de la ecuación deprimida por las relaciones:
λ
0
i
=
t
0
i
-
b
3
a
, for
i
= 1, 2, 3;
Para encontrar las raíces de la ecuación, primero hay que encontrar el discriminante de la ecuación deprimida:
D
=
q
2
0
4
+
p
3
0
27
;
Después de eso podemos tener tres casos:
6
Casos especiales de la fórmula
Caso
1
, cuando
D = 0
Hay tres raíces reales, pero las raíces segunda y tercera son iguales:
t
0
1
=
3
q
p
;
t
0
2
=
t
0
3
= -
3
q
2
p
;
Caso
2
, cuando
D > 0
Solo hay una raíz real y dos raíces conjugadas complejas no reales:
t
0
1
=
u
-
s
;
t
0
2
= -
u
-
s
2
+
3
2
(
u
+
s
)
i
;
t
0
3
= -
u
-
s
2
-
3
2
(
u
+
s
)
i
;
Donde:
u
=
3
-
q
2
-
D
;
s
=
p
3
u
;
Caso
3
, cuando
D < 0
Hay tres raíces reales pero las fórmulas que expresan estas raíces implican números complejos. Sin embargo, se pueden obtener expresiones puramente reales de las soluciones utilizando funciones trigonométricas:
t
0
1
=
u
*
cos
(
s
);
t
0
2
=
u
*
cos
(
s
-
k
);
t
0
3
=
u
*
cos
(
s
- 2
k
);
Donde:
u
=
2 *
-
p
3
;
s
=
1
3
*
arccos
(
3
q
pu
);
k
=
2 *
π
3
;
7
Forma cúbica deprimida
p
=
3
ac
-
b
2
0
3
a
2
0
=
3 *
-1
*
-1
-
87
2
0
3 *
-1
2
0
=
-1414
;
q
=
2
b
3
0
- 9
abc
+ 27
a
2
0
d
27
a
3
0
=
2 *
87
3
0
- 9 *
-1
*
87
*
-1109
+ 27 *
-1
2
0
*
2496
27 *
-1
3
0
=
-19113
;
Forma cúbica deprimida
:
t
3
0
-1414
t
-19113
= 0;
D
=
q
2
0
4
+
p
3
0
27
=
-19113
2
0
4
+
-1414
3
0
27
=
-13382416
79
100
;
8
Raíces
Como
D < 0
tenemos el caso
3
;
Hay tres raíces reales pero las fórmulas que expresan estas raíces implican números complejos. Sin embargo, se pueden obtener expresiones puramente reales de las soluciones utilizando funciones trigonométricas:
u
=
2 *
-
p
3
= 2 *
-
-1414
3
=
43
21
50
;
s
=
1
3
*
arccos
(
3
q
pu
) =
1
3
*
arccos
(
3 *
-19113
-1414
*
43
21
50
)
=
3
25
;
k
=
2 *
π
3
=
2 * 3.14
3
=
2
9
100
;
t
0
1
=
u
*
cos
(
s
) =
43
21
50
*
cos
(
3
25
) =
43
1
10
;
t
0
2
=
u
*
cos
(
s
-
k
) =
43
21
50
*
cos
(
3
25
-
2
9
100
) =
-16
49
50
;
t
0
3
=
u
*
cos
(
s
-
2
k
) =
43
21
50
*
cos
(
3
25
- 2 *
2
9
100
) =
-26
3
25
;
λ
0
1
=
t
0
1
-
b
3
a
=
43
1
10
-
87
3 *
-1
=
72
1
10
;
λ
0
2
=
t
0
2
-
b
3
a
=
-16
49
50
-
87
3 *
-1
=
12
1
50
;
λ
0
3
=
t
0
3
-
b
3
a
=
-26
3
25
-
87
3 *
-1
=
2
22
25
;
Answer
det(A − λ · I) = 0
λ
0
1
=
72
1
10
;
λ
0
2
=
12
1
50
;
λ
0
3
=
2
22
25
;
Tamaño3×3

  Fuentes