数値形式
解法コメント
説明なし
a
b
c
d
x
y
z
clear
i
Randomize
3131313131351515151515≈83137
行列の固有値計算機について
これは無料のオンライン行列の固有値計算機です。 は、小数、分数、複素数、変数などの型の行列要素を持つ、最大99x99サイズの行列に対して、完全で詳細なステップバイステップの解答説明を行います。
計算を開始するには、まず、画面上部にある入力フィールドにマトリックスのサイズを入力し、そこに希望の計算方法を選択します。
少し下に、キーボードを使用してマトリックス要素を入力する必要があるマトリックスウィンドウがあります。また、マトリックスの作業を簡素化するマトリックスコントロールパネルもあり、次のコントロール要素が含まれています:
- 最初の要素は、マトリックスウィンドウを拡大することができます。これは、完全に収まらない非常に大きなマトリックスで計算を実行する必要がある場合に特に役立ちます。ウィンドウを拡大してもマトリックスが表示されない場合は、+ / -ボタンを使用してマトリックスのスケールを変更できます。
- 2番目の要素は、マトリックス入力をメモリバッファにコピーする機能を実行します。これは、同じマトリックスを頻繁に計算に使用する場合や、操作間でマトリックスを移動する必要がある場合に役立ちます。
- 最後の要素は、以前にコピーされたマトリックスを挿入します。これにより、マトリックスを手動で入力する代わりに、数回のクリックでマトリックスの入力プロセスを高速化できます。
さらに下に、電卓をカスタマイズして作業を簡単にするためのツールバーがあります。視覚的に3つの部分に分かれており、それぞれが次の機能を担当しています:
- 1つ目は、解答結果が表示されるときの数字の書式を選択できます。また、ここでは、問題の解決方法をすでに理解しており、計算を高速化または確認するために電卓を使用している場合は、問題の解決策へのコメントをオフにすることができます。または、ソリューションの結果のみが必要な場合は、ステップバイステップのソリューションを完全にオフにすることができます。
- 2つ目は、マトリックス入力フィールドのタイプを変更したり、その要素またはマトリックス全体を消去したりできるボタンと、解答画面に移動する等号の付いた最大のボタンが含まれています。これらのボタンはすべてキーボードのキーで複製されます。キーボードのどのキーを押すかを確認するには、ボタンの1つにカーソルを合わせると、キーの名前がツールチップに表示されます。キーボードの矢印キーを使用して、マトリックス入力フィールド間でカーソルを移動することもできます。
- 最後の1つは、非整数の数値を丸めるための小数点以下の桁数を選択できます。また、ここでは、丸められた分数の外観の例をすぐに確認できます。
行列の固有値とは何ですか?
固有値の定義は固有ベクトルと密接に関連しています。固有ベクトルとは、線形変換によって方向が変化せず、定数倍されるベクトルのことであり、線形変換の際に固有ベクトルが定数倍されるこの定数倍が固有値です。
行列の固有値を見つける方法は?
まず、与えられた行列の特性方程式を見つけ、それを解く必要があります。与えられた行列の特性方程式の解は、この行列の固有値でもあります。固有値は正方行列に対してのみ計算できます。
行列の固有値を見つける例
初期行列
A
を書き出す:
A
=
71
7
2
8
8
5
5
5
8
行列
A
の固有値を求めるには、以下のことを行う必要があります。
1)
行列 A の特性方程式を求めます。これを行うには、以下のことが必要です。 行列 A の主対角線上のすべての要素から λ を引いた新しい行列 (A - λI) を作成します。
行列 A - λI の行列式を求めます。
行列 A - λI の行列式をゼロと等しくします。
2)
行列 A の特性方程式を解きます。3)
行列 A の特性方程式の解は、その固有値でもあります。2
Form A − λ·I行列
A - λI
を作成します。
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
次に、この行列の行列式を求める必要があります。
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
特性方程式行列
A - λI
の行列式は以下の通りです。
-
λ
3
0
+
87
λ
2
0
-1109
λ
+
2496
;
この行列式をゼロと等しくすると、行列
A
の特性方程式が得られます。
-
λ
3
0
+
87
λ
2
0
-1109
λ
+
2496
= 0;
この方程式を解くと、その解が行列
A
の固有値となります。
5
特性方程式の解解を求めるべき初期方程式を書きましょう:
-
λ
3
0
+
87
λ
2
0
-1109
λ
+
2496
= 0;
方程式から、変数の最大次数は
3
であることがわかります。つまり、次のようなタイプの式を持つことになります:
aλ
3
0
+
bλ
2
0
+
cλ
+
d
= 0;
a
=
-1
;
b
=
87
;
c
=
-1109
;
d
=
2496
;
この方程式を解くために、カルダノの方法を用いることができます。この方法では、初期方程式を圧縮三次式の形にします。
圧縮三次式とは、方程式
λ
2
0
から
を除去した形で、次のような形をしています:
t
3
0
+
pt
+
q
= 0;
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
;
初期方程式の解
λ
0
1
,
λ
0
2
,
λ
0
3
は、圧縮方程式の解
t
0
1
,
t
0
2
,
t
0
3
と次の関係で結びついています:
λ
0
i
=
t
0
i
-
b
3
a
, for
i
= 1, 2, 3;
方程式の解を求めるためには、まず圧縮方程式の判別式を求める必要があります:
D
=
q
2
0
4
+
p
3
0
27
;
その後、次のような3つのケースが考えられます:
6
特殊なケースケース
1
、
D = 0
のとき
3つの実数解がありますが、2番目と3番目の解は等しくなります:
t
0
1
=
3
q
p
;
t
0
2
=
t
0
3
= -
3
q
2
p
;
ケース
2
、
D > 0
のとき
実数解は1つしかなく、非実数の複素共役解が2つあります:
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
;
ここで:
u
=
3
-
q
2
-
D
;
s
=
p
3
u
;
ケース
3
、
D < 0
のとき
3つの実数解がありますが、これらの解を表す式には複素数が含まれます。しかし、三角関数を用いることで、完全に実数で表された解を得ることができます:
t
0
1
=
u
*
cos
(
s
);
t
0
2
=
u
*
cos
(
s
-
k
);
t
0
3
=
u
*
cos
(
s
- 2
k
);
ここで:
u
=
2 *
-
p
3
;
s
=
1
3
*
arccos
(
3
q
pu
);
k
=
2 *
π
3
;
7
圧縮三次式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
;
圧縮三次式
:
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
解D < 0
であるため、ケース
3
となります。
3つの実数解がありますが、これらの解を表す式には複素数が含まれます。しかし、三角関数を用いることで、完全に実数で表された解を得ることができます:
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) = 0λ
0
1
=
72
1
10
;
λ
0
2
=
12
1
50
;
λ
0
3
=
2
22
25
;
サイズ3×3