一個矩陣有幾個實特征向量


我們都知道,在算上重根的情況下,一個n階方陣有n個特征值,那么一個n階方陣有幾個線性無關的實特征向量?對於這個問題,本文就2階方陣給出4個例子供參考。


例1:

矩陣\( \begin{bmatrix} 3 & 1\\ 0 & 2\\ \end{bmatrix} \) 有特征值 \(\lambda_1=3,\lambda_2=2\),分別對應特征向量 \( x_1=\begin{bmatrix} 1 \\ 0 \\ \end{bmatrix}, x_2=\begin{bmatrix} -1 \\ 1 \\ \end{bmatrix}\)

因此,該矩陣有兩個線性無關的實特征向量。


例2:

矩陣\( \begin{bmatrix} 1 & 1\\ 0 & 1\\ \end{bmatrix} \)有特征值 \(\lambda_1=\lambda_2=1\) 和特征向量 \( x=\begin{bmatrix} 1 \\ 0 \\ \end{bmatrix}\)

因此,該矩陣僅有一個線性無關的實特征向量,該矩陣對應的變換是剪切變換。


例3:

矩陣\( \begin{bmatrix} 0 & -1\\ 1 & 0\\ \end{bmatrix} \)的特征值為 \(\lambda_1=i,\lambda_2=-i\)

因此,該矩陣沒有實特征向量,該矩陣對應的變換是旋轉變換。


例4:

矩陣\( \begin{bmatrix} 2 & 0\\ 0 & 2\\ \end{bmatrix} \)的特征值為2,該矩陣可將任意二維向量的長度拉伸為原來的兩倍並保持方向不變。

因此,所有二維實向量均為該矩陣的實特征向量,但是線性無關的實特征向量只有兩個。


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