Come calcolare gli autovalori

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Autore: Monica Porter
Data Della Creazione: 22 Marzo 2021
Data Di Aggiornamento: 16 Maggio 2024
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Calcolo degli autovalori di una matrice
Video: Calcolo degli autovalori di una matrice

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Quando ti viene presentata una matrice in una lezione di matematica o fisica, ti viene spesso chiesto di trovare i suoi autovalori. Se non sei sicuro di cosa significhi o come farlo, il compito è scoraggiante e comporta molte terminologie confuse che peggiorano ulteriormente le cose. Tuttavia, il processo di calcolo degli autovalori non è troppo impegnativo se si ha dimestichezza con la risoluzione di equazioni quadratiche (o polinomiali), a condizione di apprendere le basi di matrici, autovalori e autovettori.

Matrici, autovalori e autovettori: cosa significano

Le matrici sono matrici di numeri in cui A sta per il nome di una matrice generica, in questo modo:

( 1 3 )

UN = ( 4 2 )

I numeri in ciascuna posizione variano e possono anche esserci espressioni algebriche al loro posto. Questa è una matrice 2 × 2, ma sono disponibili in varie dimensioni e non hanno sempre un numero uguale di righe e colonne.

Trattare con le matrici è diverso dal trattare con i numeri ordinari e ci sono regole specifiche per moltiplicare, dividere, aggiungere e sottrarre l'uno dall'altro. I termini "autovalore" e "autovettore" sono usati nell'algebra della matrice per riferirsi a due quantità caratteristiche rispetto alla matrice. Questo problema di autovalore ti aiuta a capire cosa significa il termine:

UNv = λ ∙ v

UN è una matrice generale come prima, v è un vettore e λ è un valore caratteristico. Guarda l'equazione e nota che quando moltiplichi la matrice per il vettore v, l'effetto è di riprodurre lo stesso vettore moltiplicato per il valore λ. Questo è un comportamento insolito e guadagna il vettore v e quantità nomi speciali λ: autovettore ed autovalore. Questi sono valori caratteristici della matrice perché moltiplicare la matrice per l'autovettore lascia invariato il vettore a parte la moltiplicazione per un fattore dell'autovalore.

Come calcolare gli autovalori

Se hai il problema dell'autovalore per la matrice in qualche forma, trovare l'autovalore è facile (perché il risultato sarà un vettore uguale a quello originale, tranne moltiplicato per un fattore costante - l'autovalore). La risposta si trova risolvendo l'equazione caratteristica della matrice:

det (UN – λio) = 0

Dove io è la matrice identità, che è vuota a parte una serie di 1 che scorre diagonalmente lungo la matrice. "Det" si riferisce al determinante della matrice, che per una matrice generale:

(a b)

UN = (c d)

È dato da

det UN = annuncio –bc

Quindi l'equazione caratteristica significa:

(a - λ b)

det (UN – λio) = (c d - λ) = (a - λ) (d - λ) - bc = 0

Come matrice di esempio, definiamola UN come:

( 0 1 )

UN = (−2 −3 )

Quindi ciò significa:

det (UN – λio) = (0 – λ)(−3 – λ)− (1 ×−2)= 0

= −λ (−3 – λ) + 2

= λ2 + 3 λ + 2 = 0

Le soluzioni per λ sono gli autovalori e lo risolvi come qualsiasi equazione quadratica. Le soluzioni sono λ = - 1 e λ = - 2.

Suggerimenti

Alla ricerca di autovettori

Trovare gli autovettori è un processo simile. Usando l'equazione:

(UN – λ) ∙ v = 0

con ciascuno degli autovalori che hai trovato a sua volta. Questo significa:

(a - λ b) (v1 ) (a - λ) v1 + b v2 (0)

(UN – λ) ∙ v = (c d - λ) ∙ (v2 ) = c v1 + (d - λ) v2 = (0)

Puoi risolverlo considerando ogni riga a turno. Hai solo bisogno del rapporto di v1 per v2, perché ci saranno infinite soluzioni potenziali per v1 e v2.