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고유 벡터 및 고유 값

그들은 많은 용도를 가지고 있습니다!

간단한 예제는 이를 변경했 변하지 않는 방향으로 변환:

변경했에서 변형

수학의 그것

한 매트릭스 스퀘어에는,이를 변경했 및 고유치 확인이 방정식을 진실:

간 x=lambda 간 x

우리는를 찾는 방법을 참조하십시오들(만약 그들이 찾을 수 있습니다)하지만 먼저 우리가 하나에서 동작:

예:이 행렬 -6 3 4 5 는 변경했가: 1 4 6 의 일치하는 고유 값으로

우리가 얻는 것을보기 위해 몇 가지 행렬 곱셈을합시다.

Av 우리를 제공합니다:

-6
3
4
5
1
4
=
-6×1+3×4
4×1+5×4
=
6
24

λv 리 :

6
1
4
=
6
24

네 그들은 동일하다! 그래서 약속대로 av=λv.

통지 우리가 어떻게 행렬을 곱 벡터와 같은 결과를 얻을 때 우리는 곱 스칼라(수)으로는 벡터입니다.

우리는 어떻게 이러한 eigen 것들을 찾을 수 있습니까?

우리는 고유 값을 찾는 것으로 시작합니다.이 방정식이 사실이어야한다는 것을 알고 있습니다:

Av=λv

이제 우리에 넣어 identity matrix 그래서 우리는 다루고 있는 매트릭스-vs-matrix:

Av=λIv

모든 가져 왼쪽:

Av−λIv=0

경우 v 것인지 아닌지 우리가 할 수 있는 다음에 대한 해결 λ 를 사용하여 결정:

|A−λI|=0

해보자는 수식에서 우리의 이 예제:

예를 해결하기 위한 λ:

으로 시작|A−λI|=0

|
-6
3
4
5
−λ
1
0
0
1
|
=0

는:

−6−λ
3
4
5−λ

=0

을 계산하는 결정을 얻:

(−6−λ)(5−λ) −3×4=0

는 다음을 얻는 우리에게이 방정식:

λ2+λ−42=0

고 해결한다:

λ=-7 또는 6

고 예,두 가지 고유값.

이제 고유 값을 알고 일치하는 고유 벡터를 찾아 보겠습니다.

예제(계속):고유 값에 대한 고유 벡터 찾기 λ=6:

로 시작:

Av=λv

값에 넣어 우리가 알고 있:

-6
3
4
5
x
y
=6
x
y

후에 곱하여 우리는 이러한 두 가지 방정식:

−6x + 3y = 6x
4x + 5y = 6y

Bringing all to left hand side:

−12x + 3y = 0
4x − 1y = 0

Either equation reveals that y = 4x, so the eigenvector is any non-zero multiple of this:

1
4

And we get the solution shown at the top of the page:

-6
3
4
5
1
4
=
-6×1+3×4
4×1+5×4
=
6
24

… 그리고 또한…

6
1
4
=
6
24

그 Av=λv

이제 그것은 당신의 차례를 찾를 변경했는 다른 고유치의 -7

왜?

이것들의 목적은 무엇입니까?

멋진 것들 중 하나는 매트릭스를 사용하여 컴퓨터 그래픽에서 많이 사용되는 공간에서 변환을 수행 할 수 있다는 것입니다.이 경우 고유 벡터는”방향을 변경하지 않는 방향”입니다!

과 고유치 규모의 스트레칭:

  • 1 의미 없이 변경
  • 2 의미를 두 배로 길이,
  • -1 을 의미를 가리키는 뒤에 따라 고유치의 방향

또한 많은 응용 프로그램에서는 물리학,등등.

왜”고유”

고유하는 독일에 의미하는 단어는”자신의”또는”전형적인”

“das ist ihnen 고유”isGerman 에 대한”전형적인 그들의”

에서 때때로 우리는 영어 단어”를 사용하여 특성”,그래서를 변경했라고 할 수 있”특징 벡터”.

2 차원 만이 아니라

고유 벡터는 3 차원 이상에서 완벽하게 잘 작동합니다.

예:이 3×3 행렬에 대한 고유 값 찾기: 2 0 0 0 4 5 0 4 3

먼저 a−λI 계산:

2
0
0
0
4
5
0
4
3
−λ
1
0
0
0
1
0
0
0
1
=
2−λ
0
0
0
4−λ
5
0
4
3−λ

지금 결정해야 한 동등한 영:

2−λ
0
0
0
4−λ
5
0
4
3−λ

=0

이다.

(2−λ)=0

이것이 입방정식,그냥 보고만 그것은 여기서 우리는 하나의 뿌리는 2 기 때문에(2−λ),그리고 일부 내부에 대괄호로 묶은 이차,뿌리와의 -1 8. 따라서 고유 값은 -1,2 및 8 입니다.

예(계속): 을 찾을 변경했과 일치하는 고유치 -1

값에 넣어 우리가 알고 있:

2
0
0
0
4
5
0
4
3
x
y
z
=-1
x
y
z

후에 곱하여 우리는 이러한 방정식:

2x = −x
4y + 5z = −y
4y + 3z = −z

Bringing all to left hand side:

3x = 0
5y + 5z = 0
4y + 4z = 0

So x = 0, and y = −z and so the eigenvector is any non-zero multiple of this:

0
1
−1

TEST Av:

2
0
0
0
4
5
0
4
3
0
1
-1
=
0
4-5
4-3
=
0
-1
1

고 λv:

-1
0
1
-1
=
0
-1
1

이동 Av=λv,다!

(시도할 수 있습니다 당신의 손에서 고유값의 2 8)

회전

뒤 2D 작업에서,다시 이 행렬이지에 의해 회전 θ:

cos(θ)
−sin(θ)
sin(θ)
cos(θ)

예: 회전에 의해 30°

cos(30°)=√32sin(30°)=12,etc.

cos(30°)
−sin(30 도)
sin(30°)
cos(30 도)
=
√32
-12
12
√32

경우 그러나 우리는 회전의 모든 점,무엇이”방향을 변경되지 않는 방향으로”?

회전 변형

우리는 작업을 통해 수학을 알:

첫 번째 계산−λI:

√32
-12
12
√32
−λ
1
0
0
1
=
√32−λ
-12
12
√32−λ

지금 결정해야 같 zero:

√32−λ
-12
12
√32−λ
=0

는:

(√32−λ)(√32−λ) − (-12)(12) = 0

되는 이 방정식:

λ2−(√3)λ+1=0

누구의 뿌리습니다:

λ=√32±i2

고유값은 복잡하다!그래프에 그 점을 표시하는 방법을 모르지만 여전히 해결책을 얻습니다.예를 들어,√32+i2 루트와 일치하는 고유 벡터는 무엇입니까?

로 시작:

Av=λv

우리가 알고있는 값에 넣어:

√32
-12
12
√32
x
y
=(√32+i2)
x
y

후에 곱하여 우리는 이러한 두 가지 방정식:

√32x12y=√32x+i2x

12x+√32y=√32y+i2y

는 단순화:

−y=ix

x=iy

고 솔루션은 어떤 non-zero 바이트의:

1

또는

−i
1

와우,이러한 간단한 대답이다!

이것은 단지 우리가 30°를 선택했기 때문입니까? 아니면 모든 회전 매트릭스에 대해 작동합니까? 나는 당신이 그것을 밖으로 일하게 할 것이다! 다른 각도를 시도하거나 더 나은 여전히”cos(θ)”와”sin(θ)”을 사용하십시오.

아,그리고 우리가 그 해결책 중 적어도 하나를 확인하자:

√32
-12
12
√32
1
=
나√32−12
i2+√32

과 일치하지 않는 이?

(√32+i2)
1
=
나√32−12
√32+i2

네 그렇습니다!