ΛΥΣΕΙΣ ΦΥΛΛΑΔΙΟΥ 6 / ΠΟΛΙΤΙΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΚΟΙ Γραμμικές απεικονίσεις, Αλλαγή βάσης, Ιδιοτιμές, Ιδιοδιανύσματα

Σχετικά έγγραφα
Διαγωνοποίηση μητρών. Στοιχεία Γραμμικής Άλγεβρας

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

Κεφάλαιο 6 Ιδιοτιμές και Ιδιοδιανύσματα

ΛΥΣΕΙΣ ΦΥΛΛΑΔΙΟΥ 6 / ΠΟΛΙΤΙΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΚΟΙ Γραμμικές απεικονίσεις, Αλλαγή βάσης, Ιδιοτιμές, Ιδιοδιανύσματα

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (ΗΥ-119)

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ -ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ. Λύσεις των Θεμάτων της Εξέτασης Ιανουαρίου 2010 στο μάθημα: «Γραμμική Άλγεβρα» (ΗΥ119)

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 2 η Ημερομηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 28 Νοεμβρίου 2011

Η ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΜΟΡΦΗ JORDAN

ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΟ ΠΟΛΥΩΝΥΜΟ ΠΙΝΑΚΑ: Έστω Α ένας n nπίνακας επί ενός σώματος F. Για χ στο F, ορίζεται το πολυώνυμο ( ως προς χ ) : h ( x) = det( A- xi ).

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Τελική Εξέταση Ι. Λυχναρόπουλος

Κεφάλαιο 6 Ιδιοτιµές και Ιδιοδιανύσµατα

4 k 2 = 2 ( 1+ 2 k 2. k 2 2 k= k 2. 1.ii) Αν σχηµατίσουµε τον πίνακα µε γραµµές τα δύο διανύσµατα έχουµε: Γ1 Γ1 ---> { }

{ } ΠΛΗ 12: ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Ι 2 η ΓΡΑΠΤΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Απαντήσεις. 1. (15 µονάδες)

A, και εξετάστε αν είναι διαγωνίσιμη.

Παραδείγματα Ιδιοτιμές Ιδιοδιανύσματα

Ασκήσεις3 Διαγωνίσιμες Γραμμικές Απεικονίσεις

ΠΛΗ ΛΥΣΕΙΣ ΕΡΓ_2 ΣΕΛ. 1/11

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ -ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ. Λύσεις των Θεμάτων της Εξέτασης Σεπτεμβρίου 2010 στο μάθημα: «Γραμμική Άλγεβρα» (ΗΥ119)

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Έντυπο Yποβολής Αξιολόγησης ΓΕ

Ασκήσεις2 8. ; Αληθεύει ότι το (1, 0, 1, 2) είναι ιδιοδιάνυσμα της f ; b. Να βρεθούν οι ιδιοτιμές και τα ιδιοδιανύσματα της γραμμικής απεικόνισης 3 3

Γραμμική Άλγεβρα II Εαρινό εξάμηνο

8.1 Διαγωνοποίηση πίνακα

1 ιαδικασία διαγωνιοποίησης

1. a. Έστω b. Να βρεθούν οι ιδιοτιμές και τα ιδιοδιανύσματα του A Έστω A και ( x) [ x]

2 3x 5x x

Χαρακτηριστική Εξίσωση Πίνακα

βαθμού 1 με A 2. Υπολογίστε τα χαρακτηριστικά και ελάχιστα πολυώνυμα των

Γραµµικη Αλγεβρα ΙΙ Ασκησεις - Φυλλαδιο 10

Κεφάλαιο 3 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΡΑΜΜΙΚΗΣ ΑΛΓΕΒΡΑΣ

ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ-ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 2004 Θέμα 1 ο. 4

============================================================== Σχηµατίζουµε τον πίνακα µε στήλες τα διανύσµατα v1,v2,v3,u1,u2:

Ασκήσεις3 Διαγωνισιμότητα Βασικά σημεία Διαγωνίσιμοι πίνακες: o Ορισμός και παραδείγματα.

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ , Β= 1 y, όπου y 0. , όπου y 0.

1.i) 1.ii) v 2. v 1 = (2) (1) + ( 2) ( 1) + (-2) (2) + (0) (-4) v 3. Βρίσκουµε πρώτα µία ορθογώνια βάση: u 1. . u 1 u. u 2

Ασκήσεις6 Διαγωνοποίηση Ερμιτιανών Πινάκων

Θέμα 1. με επαυξημένο 0 1 1/ 2. πίνακα. και κλιμακωτή μορφή αυτού

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Τελική Εξέταση Ι. Λυχναρόπουλος

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 9 Επαναληπτικες Ασκησεις

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ - Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών

Κεφάλαιο 9 1 Ιδιοτιμές και Ιδιοδιανύσματα

Γραμμική Άλγεβρα ΙΙ Εξέταση Σεπτεμβρίου Όνομα συνοπτικές ενδεικτικές λύσεις

Μαθηµατικά Ιβ Σελίδα 1 από 6

Δίνεται το σύστημα μιας εισόδου και μιας εξόδου, το οποίο περιγράφεται από τις κάτωθι εξισώσεις:,, πίνακας,

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Τελική Εξέταση 8/6/2017 Διδάσκων: Ι. Λυχναρόπουλος

1 Επανάληψη εννοιών από τον Απειροστικό Λογισμό

( 1)( 3) ( ) det( ) (1 )( 1 ) ( 2)( 2) pl( ) det( L ) (5 )( 7 ) ( 1) ( ) det( M ) (1 )(1 )

Έντυπο Yποβολής Αξιολόγησης ΓΕ

= 7. Στο σημείο αυτό θα υπενθυμίσουμε κάποιες βασικές ιδιότητες του μετασχηματισμού Laplace, δηλαδή τις

Κεφάλαιο 7 Ορθογώνιοι Πίνακες

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ. Μαθηματικά 1. Σταύρος Παπαϊωάννου

Λύσεις και Υποδείξεις Επιλεγµένων Ασκήσεων

Παναγιώτης Ψαρράκος Αν. Καθηγητής

ΜΕΜ251 Αριθμητική Ανάλυση

Μία απεικόνιση από ένα διανυσματικό χώρο V στον εαυτό του, L : V V την ονομάζουμε γραμμικό τελεστή στο V (ή ενδομορφισμό του V ). Ορισμός. L : V V γρα

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ. Ημερομηνία: Πέμπτη 12 Απριλίου 2018 Διάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Ασκήσεις6 Το σύνηθες εσωτερικό γινόμενο στο

b. Για κάθε θετικό ακέραιο m και για κάθε A. , υπάρχουν άπειρα το πλήθος πολυώνυμα ( x) [ x] m και ( A) 0.

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (Εξ. Ιουνίου - 02/07/08) ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

Διανύσµατα στο επίπεδο

Κεφάλαιο 5 ΔΙΔΙΑΣΤΑΤΑ ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενα αυτόνομο δυναμικό σύστημα δύο διαστάσεων περιγράφεται από τις εξισώσεις

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (ΗΥ-119)

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 2

( 1)( 3) ( ) det( ) (1 )( 1 ) ( 2)( 2) pl( ) det( L ) (5 )( 7 ) ( 1) ( ) det( M ) (1 )(1 )

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Τμήμα Μηχανικών Οικονομίας και Διοίκησης Εφαρμοσμένη Θεωρία Πινάκων. Quiz 4. Σύντομες Λύσεις

5.1 Ιδιοτιµές και Ιδιοδιανύσµατα

Επαναληπτικό Διαγώνισμα Μαθηματικών Θετικής-Τεχνολογικής Κατεύθυνσης Β Λυκείου

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών : Στοιχεία Γραμμικής Άλγεβρας

Γραμμική Άλγεβρα II. Ασκήσεις με Υποδείξεις - Απαντήσεις. Περιεχόμενα

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

cos ϑ sin ϑ sin ϑ cos ϑ

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 2

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΑΣΚΗΣΕΙΣ 7 ης ΕΒΔΟΜΑΔΑΣ

ΠΛΗ 12 - Ιδιοτιμές και ιδιοδιανύσματα

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΤΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ ΜΑΣ 121: ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ 3

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 3 η Ημερομηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 7 Ιανουαρίου 2008

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Θέμα 1. που. . Δηλαδή ο υπόχωρος V είναι το. Απάντηση 1α) ii)παρατηρούμε οτι

Η εξίσωση 2ου βαθμού στο επίπεδο

, ορίζουμε deta = ad bc. Πρόταση Ένας πίνακας Α είναι αντιστρέψιμος τότε και μόνο αν deta 0.

Εκπαιδευτικός Οµιλος ΒΙΤΑΛΗ

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (ΗΥ-119)

10 ιαγωνιοποίηση Σελίδα 1 από 62. Κεφάλαιο 10 1 ιαγωνιοποίηση

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Εξέταση Σεπτεμβρίου Ι. Λυχναρόπουλος

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ 10ο Σετ Ασκήσεων (Λύσεις) Ιδιοτιμές - Ιδιοδιανύσματα

ΚΕΦ.6:ΤΕΤΡΑΓΩΝΙΚΕΣ ΜΟΡΦΕΣ. ΣΥΜΜΕΤΡΙΚΟΙ ΠΙΝΑΚΕΣ

Παραγοντοποιήσεις πίνακα

Σημειώσεις για το μάθημα: «Βασικές Αρχές Θεωρίας Συστημάτων» (Μέρος Α )

Σημειώσεις Μαθηματικών 1

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ( α μέρος )

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΕΥΡΕΣΗΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΩΝ Ι ΙΟΤΙΜΩΝ. 4.1 Γραµµικοί µετασχηµατισµοί-ιδιοτιµές-ιδιοδιανύσµατα

A B. (f; B) = f(x 1 ) = a 11 x 1 + a k1 x k + 0.x k x n f(x 2 ) = a 12 x 1 + a k2 x k + 0.x k x n

ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

Τάξη B. Μάθημα: Η Θεωρία σε Ερωτήσεις. Επαναληπτικά Θέματα. Επαναληπτικά Διαγωνίσματα. Επιμέλεια: Κώστας Κουτσοβασίλης. α Ε

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΑ

Transcript:

ΛΥΣΕΙΣ ΦΥΛΛΑΔΙΟΥ 6 / 009-0 ΠΟΛΙΤΙΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΚΟΙ Γραμμικές απεικονίσεις, Αλλαγή βάσης, Ιδιοτιμές, Ιδιοδιανύσματα Έστω η γραμμική απεικόνιση T : με (α) Βρείτε τον πίνακα της T, I Ως προς την κανονική βάση του, =,, = 0, II Ως προς τη βάση { ( ) ( )} (β) Να αποδείξετε ότι ορίζεται η απεικόνιση κανονική βάση του T (,) = (, 0) και ( 0,) (,) T T = και να βρείτε τον πίνακά της ως προς την (α) Έχουμε T(,) = T(, 0) + T( 0,) = T( e) + T( e) και T( 0,) = T( e ), έπεται ότι : T( e) = T( 0,) = (,) και T( e) = T(,) T( e) = (, 0) (,) = (, ) Άρα είναι: M T =, ως προς την κανονική βάση του e T e 0 0 Επιπλέον έχουμε: = = =Ρ, Ρ=, P =, 0 e e οπότε θα είναι 0 0 M ( T ) = P MTΡ= = 4 Θεωρούμε την ευθεία ε : x= t, y = t, z = t, t και την απεικόνιση T : απεικονίζει κάθε σημείο του στην ορθή προβολή του πάνω στην ευθεία ε (i) Να βρεθεί ο τύπος της T (ii) Να αποδείξετε ότι η T είναι γραμμική και να βρείτε τον πίνακά της ως προς την κανονική βάση του (iii) Να βρείτε μία βάση του πυρήνα της T Είναι η T ; (iv) Τι παριστάνει γεωμετρικά ο πυρήνας της T ; M α, βγ, και είναι κάθετο προς την Το επίπεδο Π που περνάει από το σημείο ( ) ευθεία ε έχει εξίσωση ( r rm ) = 0 ( ( xyz,, ) ( αβγ,, )) (,,) = 0 x+ y+ z α β γ= 0 Το σημείο M 0( α0, β0, γ 0) είναι η τομή του επιπέδου Π με την ευθεία ε, οπότε για την εύρεσή του επιλύουμε το σύστημα x = t, y = t, z = t x= t, y = t, z = t α + β + γ x+ y+ z α β γ = 0 t = 4 Άρα είναι που

T α + β + γ α + 4β + 6γ α + 6β + 9γ,, =,, 4 4 4 ( αβγ) (ii) Η γραμμικότητα της T προκύπτει με απλή εφαρμογή του ορισμού Επιπλέον έχουμε T (, 0, 0 ) =,, 4 4 4, 4 6 T ( 0,,0 ) =,, 4 4 4 Ο 6 9 T ( 0,0, ) =,, 4 4 4, οπότε θα έχουμε: x M T 4 4 4 4 6 e = = 4 6 4 4 4 4 6 9 6 9 4 4 4 ( ) z Σχήμα M ( α, βγ, ) M 0 ε y (iii) Άρα είναι = {( ) ( ) = ( )} = {( xyz,, ): x+ y+ z= 0,x+ 4y+ 6z= 0,x+ 6y+ 9z= 0} = {( x, yz, ) : x+ y+ z= 0 } = {( xyz,, ) : x= y z} = {( y zyz,, ): yz, } = { y(,,0) + z(,0, ) : yz, } = (,,0 ),(,0,) T = kert {( 0,0,0) } και η T δεν είναι - ker T xyz,, : T xyz,, 0,0,0 dim ker, οπότε (iv) Ο πυρήνας της T είναι το επίπεδο με εξίσωση x+ y+ z = 0 που περνάει από την αρχή των αξόνων και είναι κάθετο προς την ευθεία ε Η γραμμική απεικόνιση f : απεικονίζει κάθε r = ΟΜ = xi+ yj ( x, y) στο διάνυσμα f () r = ΟΜ = x i+ y j ( x, y ), έτσι ώστε να ισχύουν: = k ΟΜ,ΟΜ = θ (σύνθεση στροφής ομοιοθεσίας) ΟΜ ΟΜ και ( ) (α) Να βρείτε τον πίνακά της ως προς την κανονική βάση του και τον τύπο της (β) Να αποδείξετε ότι η απεικόνιση f είναι σύνθεση στροφής και ομοιοθεσίας (α) Σύμφωνα με την υπόθεση έχουμε: f () i = ( kco θ, ki θ), k > 0 και f ( j ) = ( ki θ, kco θ ), οπότε είναι: coθ iθ M f [ i, j ] = k iθ coθ (β) Αρκεί να παρατηρήσουμε ότι:

coθ iθ k 0 coθ iθ M f [ i, j] = k iθ coθ = 0 k iθ co, θ δηλαδή είναι γινόμενο πίνακα ομοιοθεσίας με τον πίνακα στροφής 4 (α) Είναι r= OM = OK+ KM, OK =λ, οπότε r = λ + KM r = λ, αφού KM Άρα είναι r λ = και P () ε r = λr = (β) P ε () r = λr -λr = 0 () Ο y Μ Κ Ν ε x Αν είναι r, συγγραμμικά r = μ, μ * Σχήμα, τότε η ()γίνεται: ( μ λμ) r=0 λ =, αφού είναι 0και μ 0 Άρα ο λ = είναι ιδιοτιμή και το r= μ είναι ιδιοδιάνυσμα της P ε Αν τα r, είναι μη συγγραμμικά, τότε από την () προκύπτει ότι λ = 0 λ = 0 και r = 0 λ =0και r 5(α) Έχουμε Sε() r + r = Pε() r Sε () r = r+ r = 0 και (β) Sε () r = λr ( + λ) r+ = 0 () Αν r = μ, μ 0, τότε : () [ ( + λ) μ+ μ] =0 λ = 0 Άρα ο λ = 0 είναι ιδιοτιμή και το r = μ, μ 0 είναι ιδιοδιάνυσμα της S ε Αν r, μη συγγραμμικά, τότε () + λ = 0 r = 0 λ =, r 6(α) Πε ()+ r KM = r,όπου KM = α, α Άρα Πε () r + α= r, οπότε Π ε(r) + α = r Άρα είναι α = r z και Π ε(r) = r r (β) Κ Π ε(r) = λr ( λ) r =0 () Ο Αν r = μ, μ 0, τότε: x () [( λ ) μ+ μ] =0 λ = 0 Σχήμα Αν r, μη συγγραμμικά, τότε από την y

4 8 () έπεται ότι λ = και r =0 7 Όπως στην άσκηση 4 έχουμε P ε () r = και ιδιοτιμές λ =, λ = 0 με αντίστοιχα ιδιοδιανύσματα r = μ, μ 0 και r Α λι = 0 ( λ)[( λ) ] = 0 λ = ήλ = 0ή = ιδιοδιανύσματα x = (, 0, ), x = (0,, 0), x = (, 0,) 0 ( ) ( ) 0 (διπλή) ή = λ με αντίστοιχα Β λι = λ λ = λ = λ με αντίστοιχα ιδιοδιανύσματα x = (,0, ), x = (0,, ) και x = (,, 5) 0 ( λ ) 0 Γ λι = = λ =(τριπλή) με αντίστοιχο ιδιοδιάνυσμα x = (0,,) Σχετικά με το πιθανό ερώτημα, αν διαγωνοποιούνται οι πίνακες Α, Β και Γ, έχουμε τα εξής: Οι πίνακες Α και Β διαγωνοποιούνται, ενώ ο Γ όχι Ισχύουν: 0 P P= diag(, 0, ), P = 0 0 και 0 0 P BP= diag(,, ), με P = 0, 5 ενώ ο πίνακας Γ δεν διαγωνοποιείται, αφού συνολικά αντιστοιχεί σε αυτόν ένα γραμμικά ανεξάρτητο ιδιοδιάνυσμα Λυμένες ασκήσεις Να βρεθούν οι πίνακες Μ ( ) που έχουν ιδιοτιμές λ =, λ =και λ = 0 με αντίστοιχα ιδιοδιανύσματα: =(,,0), v=(,-,0) και w=(0,0,) Σύμφωνα με τη θεωρία, ο πίνακας οπότε λαμβάνουμε: 0 P = 0 διαγωνοποιεί τον πίνακα Α και ισχύει 0 0 P P= diag(,, 0), 0 0 = = = 0 0 0 Pdiag(,,0) P 0 0

5 Δίνεται ο πίνακας 4 4 4 = 6 6 5 6 6 5 (α) Να βρεθεί αντιστρέψιμος πίνακας Ρ, ο οποίος διαγωνοποιεί τον πίνακα Α (β) Να βρεθεί πίνακας Χ τέτοιος ώστε X = * (γ) Να υπολογιστεί ο πίνακας, (α) Ο πίνακας Α έχει ιδιοτιμές λ = 0, λ = και λ = 4 με αντίστοιχα ιδιοδιανύσματα x = (,, 0), x = (0,, ) και x = (,, ), οπότε ο πίνακας 0 P= [ x x x] = 0 με στήλες τα ιδιοδιανύσματα του Α διαγωνοποιεί τον πίνακα Α, δηλαδή ισχύει ότι P P= diag(0,,4) D (β) Α= = Pdiag(0,,4) P P[ diag(0,,)] P = P diag P P diag P = X X = Pdiag P Ο πίνακας X δεν είναι μοναδικός (γ) Επαγωγικά αποδεικνύουμε ότι: 0 PD P = = P diag( 0,, 4 ) P, όπου P = 0 [ (0,,)] [ (0,,)],όπου (0,,) Αν ο πίνακας Μ ( C) είναι αντιστρέψιμος, να αποδείξετε ότι : ( ) (α) χ () t = t χ, t 0 det t (β) Αν λ είναι ιδιοτιμή του με αλγεβρική πολλαπλότητα a( λ ) =, να αποδείξετε ότι ο πολλαπλότητα λ είνα ι ιδιοτιμή του με αλγεβρική χ t Α t Αν t = λ 0 είναι ιδιοτιμή του Α πολλαπλότητας, τότε: χ () t = ( t λ) Π () t με και ( ) t () t = tι Α = tα Ι Α = ( t) Α t Ι Α = χ, t 0 Π ( λ) 0, οπότε θα είναι: χ = t t λ Π t με Π () t 0

6 αν ( ) t ( ) t λ χ () t = λ () t t t ϕ() t Π = Π =, Α t Α t λ t λ + ( ) λ όπου ϕ() t = t Π, που είναι πολυώνυμο ως προς t βαθμού Α t Άρα ο λ είναι ιδιοτιμή του Α με πολλαπλότητα 4 Να αποδείξετε ότι κάθε πίνακας Α Μ ( ) με det Α < 0 είναι διαγωνοποιήσιμος a b Αν είναι Α=, τότε c d () ( ) ( ) ( ) χ Α t = t a+ d t+ ad bc = t a+ d t+ det Α, το οποίο έχει δύο πραγματικές και άνισες ρίζες, αφού η διακρίνουσα του τριωνύμου είναι ( ) 4det 0 Δ= a+ d Α> (λόγω της υπόθεσης det Α < 0 ) Επομένως ο πίνακας Α έχει δύο απλές ιδιοτιμές και σε αυτές αντιστοιχούν δύο γραμμικώς ανεξάρτητα ιδιοδιανύσματα, οπότε είναι διαγωνοποιήσιμος 5 Ο πίνακας = (a ) M ( ) λέγεται πίνακας κυρίαρχης διαγωνίου, ij aij < aii, για κάθε i =,,, j=,j i Να αποδείξετε ότι για κάθε ιδιοτιμή λ του Α ισχύει ότι: Έστω ( x x x ) [ x x x ] x = λ < maxa T i ιδιοδιάνυσμα του Α, αντίστοιχο της ιδιοτιμής λ Τότε έχουμε Α x = λx a x + a x + + a x + + a x = λx, για κάθε i =,,, Άρα έχουμε Αν είναι i i ii i i i ax + ax= λ x, για κάθε i=,,, j=, j i ij j ii i i λx a x + a x a max x + a x i ij j ii i ij j ii i i j=, j i j=, j i < a max x + a x a max x, για κάθε i=,,, ii j ii i ii j i i xk : = max{ x j }, τότε η παραπάνω σχέση για i = k γίνεται j λx < a x λ x < a x λ < a max{ a } k kk k k kk k kk ii i ii

7 0 0 0 6 Να αποδείξετε ότι οι πίνακες Α= 0 0, Β= 0 0 0 0 0 0 ιδιοτιμές, αλλά δεν είναι όμοιοι έχουν τις ίδιες Ο πίνακας Β είναι διαγώνιος, ενώ ο πίνακας Α, όπως θα αποδείξουμε, δεν είναι διαγωνοποιήσιμος, δηλαδή όμοιος με διαγώνιο πίνακα Πράγματι, ο πίνακας Α έχει τον αριθμό διπλή ιδιοτιμή στην οποία αντιστοιχεί μόνο ένα γραμμικά ανεξάρτητο ιδιοδιάνυσμα, το (, 0, 0), οπότε δεν είναι διαγωνοποιήσιμος