ゴロー 高校3年さんからの質問2

問題


解答
(1)
通常通り計算して、

より、AB=BA

としても良いですし、
 A=At,B=Bt
および、
 AB=(AB)t
であることより、
 AB=(AB)t=Btt=BA

としても良いでしょう。ただし、(AB)t=Btt を既知のものとしています。

(2)
Aの固有値をλとすると、
 A=λ
を満たす、0ベクトルでない列ベクトルが存在します。3次の単位行列をEとすると、
 λ=λE
と書けるので、  A=λ は、
   A=λE
  (A−λE)=0
と書けます。A−λE の逆行列が存在すると、両辺左からそれを掛けて、
 
となり、が0ベクトルでないことに反するので、A−λE の逆行列は存在せず、
 |A−λE|=0
となります。

より、Aの固有値は、λ=2,3,-1 となります。

λ=2 のとき、固有ベクトルを1 とすると、

これを解いて、x1=z1=0,y1 は、0以外の任意の実数
よって、固有ベクトルは


同様にして、λ=3 のとき、固有ベクトルを2 とすると、

λ=−1 のとき、固有ベクトルを3とすると、


(3)
 B1=-31
 B2=152
 B3=-93
より、123 は、3つとも、Bの固有ベクトルになっている。

(4)λ=2,3,-1 に対する固有ベクトルを、123 とすると、
 A1=21
 A2=32
 A3=−3
と書け、

となります。P=(1 2 3 ) とおいて、上の式の左から、P-1を掛けると、

となり、また、

となります。実際にPおよびP-1を計算すると、

となります。

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