數字格式
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c
d
x
y
z
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i
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3131313131351515151515≈83137
關於矩陣特徵值計算器
這是一個免費的線上矩陣特徵值計算器 這是一個提供完整、詳細、分步驟解答的免費在線矩陣計算器,可進行高達 20x20 大小的矩陣運算,支持的矩陣元素類型包括:小數、分數、複數和變數。
要開始計算,您首先需要在螢幕最上方找到輸入欄位,輸入矩陣的大小,還可以在那裡選擇所需的計算方法。
稍微往下,您會找到一個矩陣視窗,您需要在其中使用鍵盤輸入矩陣元素。這裡還設有矩陣控制面板,可以簡化矩陣操作,包含以下控制項:
- 第一個控制項可以讓您展開矩陣視窗。這在您需要使用非常大的矩陣進行計算時特別有用,而這些矩陣無法完全顯示。如果展開視窗後矩陣仍然不可見,您可以使用 + / - 按鈕來縮放矩陣;
- 第二個控制項可以將矩陣輸入複製到記憶體緩衝區。這在您經常使用相同的矩陣進行計算或需要在操作之間移動矩陣時很有用;
- 最後一個控制項可以插入之前複製的矩陣,讓您只需點擊幾下即可快速輸入矩陣,而無需手動輸入;
再往下,您會找到一個工具欄,可以用來自訂計算器並使其更易於使用。它在視覺上分為三個部分,每個部分負責以下功能:
- 第一個部分可以讓您在顯示結果時選擇數字格式。您還可以在此處關閉問題解答的註釋,如果您已經理解如何解決該問題,並使用計算器來加速或檢查自己的計算。或者,如果您只需要解答結果,可以完全關閉分步驟解答;
- 第二部分包含按鈕,可以讓您更改矩陣輸入欄位的類型、清除其元素或整個矩陣,以及最大的等號按鈕,它會帶您進入問題解答的螢幕。所有這些按鈕都由鍵盤上的按鍵複製。要知道要按哪個鍵盤按鍵,只需將滑鼠懸停在其中一個按鈕上,就會出現一個帶有按鍵名稱的提示。您還可以使用鍵盤上的箭頭鍵在矩陣輸入欄位之間移動游標;
- 最後一部分可以讓您選擇非整數數字的小數點後位數,以進行捨入。您還可以在此處立即看到捨入後的分數示例;
什麼是矩陣的特徵值?
特徵值的定義與特徵向量密切相關。特徵向量是指在線性變換下方向不變,但會按某個常數倍縮放的向量,而特徵向量在線性變換過程中被縮放的這個常數倍數就是特徵值。
如何計算矩陣的特徵值?
首先,我們需要找到給定矩陣的特徵多項式,然後求解它。給定矩陣的特徵多項式的根也是該矩陣的特徵值。只有方陣的特徵值才能計算。
計算矩陣特徵值的例子
寫出初始矩陣
A
:
A
=
71
7
2
8
8
5
5
5
8
要找到矩陣
A
的特徵值,需要執行以下操作:
1)
求矩陣 A 的特徵方程,為此需要做以下事情:矩陣A的主對角線的所有元素減去λ,形成一個新的矩陣(A - λI);
求矩陣A - λI的行列式;
使矩陣A - λI的行列式等於零;
2)
求解矩陣A的特徵方程;3)
矩陣 A 的特徵方程的根也是它的特徵值;2
Form A − λ·I形成矩陣
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
現在需要找到這個矩陣的行列式;
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
特徵方程我們找到了矩陣
A - λI
的以下行列式:
-
λ
3
0
+
87
λ
2
0
-1109
λ
+
2496
;
使這個行列式等於零,得到矩陣
A
的特徵方程:
-
λ
3
0
+
87
λ
2
0
-1109
λ
+
2496
= 0;
現在我們可以求解這個方程,它的根會給我們矩陣
A
的特徵值;
5
特徵方程的解寫出必須找到其根的初始方程:
-
λ
3
0
+
87
λ
2
0
-1109
λ
+
2496
= 0;
從方程中我們可以看出,變量的最大度數為
3
,這意味著我們有以下類型的方程:
aλ
3
0
+
bλ
2
0
+
cλ
+
d
= 0;
a
=
-1
;
b
=
87
;
c
=
-1109
;
d
=
2496
;
為了求解這個方程,我們可以使用 卡爾達諾 方法,該方法包括將初始方程變為一個壓抑的三次形式;
壓抑的立方形式意味著從等式
λ
2
0
中刪除並且具有以下形式:
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
;
初始方程的根
λ
0
1
,
λ
0
2
,
λ
0
3
與凹陷方程的根
t
0
1
,
t
0
2
,
t
0
3
的關係如下:
λ
0
i
=
t
0
i
-
b
3
a
, for
i
= 1, 2, 3;
要找到方程的根,首先需要找到抑鬱方程的判別式:
D
=
q
2
0
4
+
p
3
0
27
;
之後我們可以有三種情況:
6
公式的特殊情況案例
1
,當
D = 0
有三個實根,但第二根和第三根相等:
t
0
1
=
3
q
p
;
t
0
2
=
t
0
3
= -
3
q
2
p
;
案例
2
,當
D > 0
只有一個實根和兩個非實复共軛根:
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
;
在哪裡:
u
=
3
-
q
2
-
D
;
s
=
p
3
u
;
案例
3
,當
D < 0
有三個實根,但表達這些根的公式涉及復數。 然而,可以使用三角函數獲得解的純實數表達式:
t
0
1
=
u
*
cos
(
s
);
t
0
2
=
u
*
cos
(
s
-
k
);
t
0
3
=
u
*
cos
(
s
- 2
k
);
在哪裡:
u
=
2 *
-
p
3
;
s
=
1
3
*
arccos
(
3
q
pu
);
k
=
2 *
π
3
;
7
凹陷立方形式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
;
凹陷立方形式
:
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
根由於
D < 0
我們有案例
3
;
有三個實根,但表達這些根的公式涉及復數。 然而,可以使用三角函數獲得解的純實數表達式:
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
;
大小3×3