maths.free › Linear Algebra › Diagonalisation and matrix powers

Diagonalisation and matrix powers

A = PDP⁻¹, computing Aⁿ, and the matrices that cannot be diagonalised.

With a full set of eigenvectors, A = PDP⁻¹ where D is diagonal, so Aⁿ = PDⁿP⁻¹: Fibonacci in closed form, Markov chains at equilibrium. Picture it: the transformation stretching along eigenvector directions and nothing else. Think it: symmetric matrices always diagonalise with orthogonal eigenvectors (the spectral theorem); defective ones need Jordan form.

Voorbeeld van werk · eigenvalues of [[4,1],[2,3]]

Eigenvalues of [[4,1],[2,3]]

\left[\begin{matrix}4 & 1\\2 & 3\end{matrix}\right]

Stap voor stap

  1. \det(A - \lambda I) = 0

    Eigenvalues are the roots of the characteristic polynomial.

  2. \det\left[\begin{matrix}4 - \lambda & 1\\2 & 3 - \lambda\end{matrix}\right] = 0

    Subtract λ from the diagonal.

  3. \lambda^{2} - 7 \lambda + 10 = 0

    Expand the determinant.

  4. \left(\lambda - 5\right) \left(\lambda - 2\right) = 0

    Factor.

  5. \lambda = 5, \lambda = 2

    Eigenvalues (with multiplicity).

  6. \lambda = 2:\ (A - \lambda I)\mathbf{v} = 0 \Rightarrow \mathbf{v} = \left[\begin{matrix}- \frac{1}{2}\\1\end{matrix}\right]

    Solve (A − 2I)v = 0 for a basis eigenvector.

  7. \lambda = 5:\ (A - \lambda I)\mathbf{v} = 0 \Rightarrow \mathbf{v} = \left[\begin{matrix}1\\1\end{matrix}\right]

    Solve (A − 5I)v = 0 for a basis eigenvector.

Onthul het antwoord
\lambda = 5,\; \lambda = 2

Nu jij. Kies een probleem, type of teken je eigen. Elke stap, een foto, het antwoord verborgen totdat je het vraagt.

Blijf jezelf aan het werk

Een gratis account voegt notities toe bij elke les, een record van wat je klaar bent, je problemen opgelost op één plaats, en een leraar die je kunt vragen over deze pagina. De wiskunde zelf is open voor iedereen, ingelogd of niet.

Aanmelden Aanmelden

Hier gebruikte symbolen

Tik op elk symbool voor de volledige definitie, een afbeelding en wat elke letter erin betekent.

Hoe: Diagonalisation and matrix powers

  1. Eigenvalues are the roots of the characteristic polynomial.
  2. Subtract λ from the diagonal.
  3. Expand the determinant.
  4. Factor.
  5. Eigenvalues (with multiplicity).
  6. Solve (A − 2I)v = 0 for a basis eigenvector.
  7. Solve (A − 5I)v = 0 for a basis eigenvector.

Vragen die mensen stellen

What does a determinant mean geometrically?

It is the factor by which the matrix scales area (2×2) or volume (3×3), with a negative sign if orientation flips. Zero means the matrix flattens space and cannot be undone.

What is an eigenvector?

A direction the matrix does not turn: it only stretches it by the eigenvalue. Along eigenvectors a complicated matrix acts like multiplication by a number.

Why is matrix multiplication not commutative?

Because a matrix is a transformation and AB means "do B, then A". Rotating then reflecting is not the same as reflecting then rotating.

Meer in Linear Algebra