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设A=0−14−13a4a0,正交矩阵Q使得QTAQ为对角矩阵,若Q的第一列为16(1,2,1)T,求a,Q.

题目详情
设A=
0−1   4
−13     a
4a     0
,正交矩阵Q使得QTAQ为对角矩阵,若Q的第一列为
1
6
(1,2,1)T,求a,Q.
▼优质解答
答案和解析

由于:A=
0−14
−13a
4a0

存在正交矩阵Q,使得:QTAQ为对角阵,且Q的第一列为,
1
6
(1,2,1)T,
故A对应于λ1的特征向量为:ξ1=
1
6
(1,2,1)T,
故:A
1
6
2
6
1
6
=λ1
1
6
2
6
1
6

即:
0−14
−13a
4a0
1
2
1
=λ1
1
2
1

由此可得:a=-1,λ1=2,
矩阵A的特征多项式为:
.
λE−A
.
.
λ1−4
1λ−31
−41λ
.
=0,
可得:
.
λ1−4
1λ−31
−41λ
.
.
λ1−4
1λ−31
−4−λ0λ+4
.
=
.
λ−41−4
2λ−31
00λ+4
.
=(λ+4)
.
λ−41
2λ−3
.
=(λ+4)(λ-2)(λ-5)=0
故A的特征值为:
λ1=2,λ2=-4,λ3=5,
①对应于λ1=2的特征向量为:
ξ1=
1
6
(1,2,1)T,
②由(λ2E-A)X=0,即:
−41−4
1−71
−41−4
X1
X2
X3
=0,
系数矩阵初等行变换,化为:
−41−4
1−71
−41−4
1−71
0−270
000
101
010
000

可得对应于λ1=-4的特征向量为:
ξ2=(−1,0,1)T,
③由(λ3E-A)X=0,即:
51−4
121
−415
X1
X2
X3
=0,
系数矩阵行村等变换,化为:
51−4
121
−415
121
099
0−9−9
121
011
000
10−1
011
000

可得对应于λ1=5的特征向量为:
ξ3=(1,−1,1)T,
由于A为实对称矩阵,ξ1,ξ2,ξ3为对应于不同特征向量,
所以ξ1,ξ2,ξ3相互正交,只需单位化,
η1=
ξ1
.
.
ξ1
.
.
1
6
(1,2,1)T,η2=
ξ2
.
.
ξ2
.
.
1
2
(−1,0,1)T,η3=
ξ3
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