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已知特征值与特征向量求矩阵的计算疑问

已知特征值与特征向量求矩阵的计算疑问

嗨,我来帮你找出问题所在!你的整体思路是完全正确的——利用特征值和特征向量的定义$(A - \lambda I)\mathbf{v} = \mathbf{0}$列方程组求解矩阵元素,但在解关于$c$和$d$的方程组时犯了一个计算错误。

我们一步步理清楚:

  • 你列的所有方程都是对的:
    针对特征值4和$\mathbf{v_1}=\begin{pmatrix}1\3\end{pmatrix}$,得到:

    $a + 3b = 4$
    $c + 3d = 12$
    针对特征值-6和$\mathbf{v_2}=\begin{pmatrix}-3\1\end{pmatrix}$,得到:
    $-3a + b = 18$
    $-3c + d = -6$

  • 求解$a$和$b$的过程没问题:
    从$-3a + b = 18$推导出$b=3a+18$,代入$a + 3b = 4$后算出$a=-5$、$b=3$,这部分完全正确。

  • 问题出在$c$和$d$的计算上:
    从$-3c + d = -6$可以得到$d=3c-6$,把它代入$c + 3d = 12$:

    c + 3*(3c - 6) = 12
    c + 9c - 18 = 12
    10c = 30
    c = 3
    

    接着算出$d=3*3 -6=3$,而你错误地得到了$c=9$,这就导致最终矩阵不符合特征值要求了。

  • 修正后的正确矩阵是:
    $\begin{pmatrix} -5 & 3 \ 3 & 3 \end{pmatrix}$
    我们可以验证一下特征值:计算特征多项式$\det(A-\lambda I)$:

    det(
      [[-5-λ, 3],
       [3, 3-λ]]
    ) = (-5-λ)(3-λ) - 3*3
    = λ² + 2λ -15 -9
    = λ² + 2λ -24
    = (λ-4)(λ+6)
    

    正好得到特征值4和-6,完全符合要求!

备注:内容来源于stack exchange,提问作者markus_tttt

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