07-33-特征值与特征向量


第 33 讲:特征值与特征向量

1. 线性代数预备

对

矩阵乘法可写成列向量的线性组合:

齐次方程

总有零解。它存在非零解,当且仅当两列线性相关,也就是

这一结论对任意阶方阵仍成立。

2. 射线解

考虑

例如

寻找沿固定方向 的解:

则

另一方面

若轨迹始终沿同一射线,必须有

对某个数 成立。

称为特征值,非零向量 称为相应特征向量。零向量虽然对任何 都满足等式,但按标准定义不称为特征向量。

3. 求特征值

把

改写为

要有非零解,必须且只需

多项式

称为矩阵 的特征多项式,其根就是特征值。

本例中

所以

4. 求特征向量与正规模态

特征值

可取

确实,

由

得到

因此第一族射线解为

特征值

可取

第二个正规模态为

一般地,若

则

是系统的指数射线解,也称正规模态。

5. 通解与初值

若二维矩阵有两个不同特征值及独立特征向量,则通解为

若

则

解得

所以

当 时, 模态主导,轨迹接近特征线 ;当 时, 模态主导,轨迹接近 。

原讲义末段把两条渐近特征线写错;这里依据两个模态直接校正。


文章作者: Gustavo
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