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选修4-2矩阵与变换《2.5特征值与特征向量》优质课教案下载
学习重点:矩阵的特征值及特征向量的求法.
新课过程:
1.特征值与特征向量的定义
设A是一个二阶矩阵,如果对于实数λ,存在一个非零向量α,使得Aα=λα,那么λ称为A的一个特征值,而α称为A的属于特征值λ的一个特征向量.
2.特征多项式的定义
设A=是一个二阶矩阵,λ∈R,我们把行列式f(λ)==λ2-(a+d)λ+ad-bc称为A的特征多项式.
3.特征值与特征向量的计算
设λ是二阶矩阵A=的特征值,α为λ的特征向量,求λ与α的步骤为:
第一步:令矩阵A的特征多项式f(λ)==λ2-(a+d)λ+ad-bc=0,求出λ的值.
第二步:将λ的值代入二元一次方程组
得到一组非零解,于是非零向量即为矩阵A的属于特征值λ的一个特征向量.
思考:
1.特征值与特征向量的几何意义如何?
从几何上看,特征向量的方向经过变换矩阵A的作用后,保持在同一条直线上,这时特征向量或者方向不变(λ>0),或者方向相反(λ<0),特别地,当λ=0时,特征向量就被变换成了零向量.
2.特征值与特征向量有怎样的对应关系?
如果向量α是属于λ的特征向量,将它乘非零实数t后所得的新向量tα与向量α共线,故tα也是属于λ的特征向量.因此,一个特征值对应多个特征向量,显然,只要有了特征值的一个特征向量,就可以表示出属于这个特征值的共线的所有特征向量了.
3.如何求矩阵A幂的作用结果?
由于特征向量的存在,求矩阵幂的作用结果,可以转化成求数的幂的运算结果.
例题讲解:
例1:(1)求矩阵A=的特征值和特征向量;
(2)判断矩阵A是否存在特征值和特征向量.A=.
(1)矩阵A的特征多项式为:
f(λ)==(λ-1)(λ-2).
令f(λ)=0,解得A的特征值λ1=1,λ2=2.
将λ1=1代入二元一次方程组