特征值与特征向量及其应用
特征值与特征向量
特征值与特征向量特征值与特征向量是线性代数中的重要概念，它们在矩阵理论、物理学、工程等领域有着广泛的应用。
本文将对特征值与特征向量进行详细讲解，并介绍它们的一些重要性质和应用。
一、特征值与特征向量的定义在线性代数中，给定一个n阶方阵A，非零向量x若满足Ax=kx，其中k为一个标量，那么我们称k为矩阵A的特征值，x为矩阵A对应于特征值k的特征向量。
特征值和特征向量是矩阵A的固有性质，它们描述了矩阵在线性变换下的一些重要特性。
二、求解特征值与特征向量要求解一个矩阵的特征值与特征向量，我们可以通过求解特征方程来实现。
特征方程是一个关于特征值的多项式方程，形式为|A-kI|=0，其中I为单位矩阵，k为特征值。
解特征方程可以得到特征值的值，然后将特征值代入到(A-kI)x=0中，求解线性方程组即可得到特征向量。
特征值与特征向量是成对存在的，对于矩阵A的每一个特征值k，都对应着一个特征向量。
一个矩阵最多有n个特征值，但是可能有重复的特征值。
三、特征值与特征向量的重要性质特征值与特征向量具有以下重要性质：1. 特征向量与特征值的个数相等，一一对应。
2. 特征值可以为实数或复数，特征向量可以为实向量或复向量。
3. 若特征值为k，则对应的特征向量不唯一，可乘以一个非零常数得到不同的特征向量。
4. 矩阵的迹等于特征值的和，行列式等于特征值的积。
特征值与特征向量的这些性质在实际问题中有着重要的应用，可以用于矩阵的对角化、求解线性方程组、图像处理、物理模型的求解等领域。
四、特征值与特征向量的应用1. 数据降维在数据处理中，我们经常会遇到维度灾难，即特征维度非常高，而样本量较小。
利用特征值与特征向量，我们可以将高维度的数据降低到低维度，从而简化计算和数据处理过程，提高算法效率。
2. 图像处理图像可以用矩阵来表示，而图像的特性往往由矩阵的特征值与特征向量来描述。
利用特征值与特征向量，我们可以进行图像的压缩、图像的特征提取、图像的增强等图像处理操作。
特征值与特征向量
特征值与特征向量在数学中，特征值和特征向量是矩阵与线性变换的重要概念。
特征值可以帮助我们理解线性变换对向量运动的影响，而特征向量则描述了这种影响的方向。
本文将介绍特征值与特征向量的定义、性质以及它们在实际问题中的应用。
一、特征值与特征向量的定义对于一个n维向量空间中的线性变换T，如果存在一个非零向量v使得T(v) = λv 成立，其中λ为一个标量，那么我们称λ为T的特征值，v为T对应于特征值λ的特征向量。
特征值和特征向量可以通过求解线性方程组来获得。
设A是一个n×n的矩阵，并且v是一个非零向量，则有Av = λv 成立。
这是一个齐次线性方程组。
解该方程组即可得到特征值和特征向量。
二、特征值与特征向量的性质1. 特征值与特征向量的存在性和唯一性对于一个n×n的矩阵A，它的特征值存在和特征向量存在的条件是相同的。
一个矩阵最多有n个不同的特征值，每个特征值对应的特征向量也可以有多个。
但是特征向量一定是线性相关的。
2. 特征值与特征向量的性质（1）特征值的和等于矩阵的迹如果A是一个n×n的矩阵，λ₁、λ₂、...、λₙ是其特征值，则有λ₁+λ₂+...+λₙ = tr(A)，其中tr(A)表示矩阵A的迹。
（2）特征值的乘积等于矩阵的行列式如果A是一个n×n的矩阵，则特征值的乘积等于矩阵的行列式，即λ₁*λ₂*...*λₙ = det(A)，其中det(A)表示矩阵A的行列式。
（3）特征值的倒数等于矩阵的逆矩阵的特征值如果A是一个可逆矩阵，λ₁、λ₂、...、λₙ是其特征值，则A的逆矩阵的特征值为λ₁⁻¹、λ₂⁻¹、...、λₙ⁻¹。
三、特征值与特征向量的应用特征值和特征向量在实际问题中有广泛的应用。
下面列举了其中的几个应用领域：1. 特征值分解特征值分解是将一个矩阵分解为特征值和特征向量的形式。
特征值分解在许多领域中都有广泛的应用，如信号处理、图像压缩和降维等。
线性代数中的特征值与特征向量
线性代数中的特征值与特征向量特征值和特征向量是线性代数中的重要概念，广泛应用于物理、经济、计算机科学等领域。
本文将介绍特征值和特征向量的定义、性质以及其在矩阵对角化和特征分解中的应用。
一、特征值与特征向量的定义在线性代数中，给定一个 n×n 的矩阵 A，我们称零向量v≠0 是矩阵A 的特征向量，如果存在一个实数λ，使得Av=λv。
特征值λ 是使得上述等式成立的实数。
特征向量与特征值是成对出现的，每个特征向量都有一个对应的特征值。
二、特征值与特征向量的性质1. 特征值与特征向量的数目相等对于一个 n×n 的矩阵 A，它最多能有 n 个线性无关的特征向量。
而特征值也最多有n 个。
一个特征值可以对应多个线性无关的特征向量。
2. 特征向量的积性质如果 v 是 A 的特征向量，那么对于任意实数 c，cv 也是 A 的特征向量，且特征值保持不变。
3. 特征向量的加性质如果 v1 和 v2 是 A 的特征向量，对应相同的特征值λ，那么 v1+v2也是 A 的特征向量，对应特征值λ。
三、特征值与特征向量的计算要计算一个矩阵的特征值和特征向量，我们需要求解方程Av=λv。
1. 寻找特征值对于一个 n×n 的矩阵 A，我们需要求解行列式 |A-λI|=0 的根，其中I 是 n 阶单位矩阵。
这样可以得到 A 的特征值。
2. 寻找特征向量对于每个特征值λ，我们需要求解方程组 (A-λI)v=0，其中 v 是特征向量。
解这个齐次方程组可以得到 A 的特征向量。
四、特征值与特征向量的应用1. 矩阵对角化如果一个 n×n 的矩阵 A 有 n 个线性无关的特征向量，那么可以找到对角矩阵 D 和可逆矩阵 P，使得 P^{-1}AP=D。
对角矩阵 D 中的对角元素就是特征值，P 中的列向量就是对应的特征向量。
2. 特征分解对于一个对称矩阵 A（A=A^T），可以进行特征分解，表示为A=QΛQ^T，其中 Q 是由 A 的特征向量组成的正交矩阵，Λ 是对角矩阵，其对角元素是 A 的特征值。
矩阵的特征值与特征向量的在工程中的应用
矩阵的特征值与特征向量的在工程中的应用矩阵的特征值与特征向量是线性代数中重要的概念，它们在工程中具有广泛的应用。
特征值与特征向量可以帮助我们了解矩阵的性质，从而在工程领域中解决各种实际问题。
本文将讨论特征值与特征向量在工程中的应用，并简要介绍一些具体例子。
首先，我们来定义特征值与特征向量。
对于一个n阶矩阵A，若存在一个非零向量v使得Av=λv，其中λ为实数，则称λ为A的特征值，v 为对应的特征向量。
在工程中，特征值与特征向量具有以下应用：1.特征值分析特征值分析是工程中最常见的应用之一，它可以帮助我们了解矩阵的性质。
例如，在结构力学中，特征值分析可以用于求解结构的固有频率和振型，从而了解结构的动力响应。
在电力系统中，特征值分析可以用于判断电力系统的稳定性。
2.主成分分析3.控制系统设计特征值与特征向量在控制系统设计中起到了重要作用。
例如，在稳定性分析中，我们可以通过计算系统矩阵的特征值，来判断系统的稳定性。
特征向量可以帮助我们了解系统的振荡模态以及系统响应的特性。
4.图像处理在图像处理中，特征值与特征向量可以用于图像压缩、图像识别等问题。
例如，在人脸识别中，我们可以将一张人脸图像表示为一个向量，然后通过计算特征向量来对图像进行特征提取和分类。
5.近似计算特征值与特征向量在数值计算中也有重要应用。
例如，在大规模矩阵求逆运算中，可以通过选取矩阵的最大特征值和对应的特征向量，来估计矩阵的逆。
这种近似计算方法可以大大减少计算量。
总之，矩阵的特征值与特征向量在工程中具有广泛的应用。
它们帮助我们了解矩阵的性质，解决各种实际问题。
特征值与特征向量在特征分析、主成分分析、控制系统设计、图像处理等领域发挥着重要作用，在实际应用中具有很高的价值。
工程师们可以运用特征值与特征向量的知识，更好地解决实际问题，提高工程应用的效果。
特征值特征向量及其应用
毕业论文特征值特征向量及其应用院系名称：专业名称：学生姓名：学号：指导教师：完成日期年月日特征值特征向量及应用摘要特征值与特征向量在现代科学中有重要的应用。
本文介绍了特征值与特征向量的定义以及性质，并且给出了在线性空间中线性变换的特征值、特征向量与矩阵中的特征值、特征向量之间的关系。
然后介绍了几种特征值与特征向量的求解方法：特征方程法；行列互逆变换法；初等变换法。
最后介绍了特征值与特征向量在实际中的应用，如在数学领域中n阶矩阵的高次幂的求解；在物理中对于振动模型的求解问题；以及经济发展与环境污染增长模型等等。
关键词：特征值；特征向量；应用；矩阵；初等变换Applications of Eigenvalues and EigenvectorsAbstractEigenvalue and eigenvector play an important role in modern science. This thesis firstly introduces the definition and properties of the eigenvalue and eigenvector, and provides the relationship between the eigenvalue and eigenvector of linear transformation in linear space and the eigenvalue and eigenvector of the matrix. Secondly this thesis introduces several methods to find the eigenvalue and eigenvector: the characteristic function method, the dual inverse transform method and the elementary transform method. At last, this thesis introduces the application of eigenvalue and eigenvector, such as find the power of large matrix in mathematics, solving vibration model problems in physics, and solving the models of economic development, environmental pollution and so on.Key words: eigenvalue；eigenvector；application；matrix；elementary；transformation目录第1章前言 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究现状 (1)1.3 研究内容 (2)第2章特征值与特征向量的理论 (4)2.1 特征值与特征向量的一般理论 (4)2.1.1 特征值与特征向量的定义 (4)2.1.2 特征值与特征向量的性质 (5)2.2 特征值与特征向量的一般求解方法 (8)2.2.1 一般数字矩阵的简单求解 (8)2.2.2 初等变换法求矩阵的特征值与特征向量 (9)第3章特征值与特征向量在数学领域简单应用 (14)3.1 高阶高次幂矩阵的求解 (14)3.2 在线性递推关系的应用 (15)3.3 在一阶线性常微分方程中的应用 (17)3.3.1 矩阵特征值为一重 (18)3.3.2 当有重根的情况 (20)第4章特征值与特征向量在物理学中的应用 (22)4.1 简单理想状态双振动系统 (22)4.2 关于物理振动模型的解释和举例说明 (26)4.2.1 二阶系统 (26)4.2.2 三阶系统 (28)第5章特征值与特征向量在生活中的简单应用 (30)5.1 环境污染及经济增长模型中的应用 (30)5.2 种群增长及分布模型中的应用 (31)5.3 常染色体遗传问题中的应用 (33)总结 (37)参考文献 (1)致谢................................................................................................................. 错误!未定义书签。
特征值与特征向量的应用
特征值与特征向量的应用特征值与特征向量是线性代数中重要的概念，它们在许多领域中都有广泛的应用，如物理学、工程学和计算机科学等。
在本文中，我们将探讨特征值与特征向量的定义、性质以及它们在不同领域中的具体应用。
一、特征值与特征向量的定义与性质特征值是矩阵运算中的一个重要概念，它可以帮助我们了解矩阵的变换特性。
对于一个n×n的矩阵A，如果存在一个非零向量x，使得Ax=λx，其中λ是一个标量，那么λ就是矩阵A的特征值，x是矩阵A的特征向量。
特征向量与特征值有以下几个重要性质：1. 特征值可以是实数或复数；2. 特征值与特征向量是成对出现的，一个特征值可以对应多个特征向量；3. 特征向量不唯一，只要是与一个特征值对应的特征向量都可以。
特征值与特征向量的定义及其性质可以帮助我们更好地理解它们在实际问题中的应用。
二、特征值与特征向量在物理学中的应用特征值与特征向量在物理学中有广泛的应用。
例如，在量子力学中，波函数的时间演化可以通过求解薛定谔方程得到，其中的波函数就是特征向量，特征值则对应能量的值。
特征值的大小和符号决定了体系的稳定性和行为。
此外，在经典力学中，特征向量可以用于描述刚体的转动运动。
特征值告诉我们刚体的运动状态，如旋转的角速度和转动惯量等。
特征值与特征向量在物理学中的应用经常涉及到矩阵运算和计算特征值分解，能够帮助我们解决实际问题。
三、特征值与特征向量在工程学中的应用特征值与特征向量在工程学中也有广泛的应用。
例如，在结构动力学中，特征值可以用于判断结构物的稳定性。
通过求解结构物的特征值问题，可以得到结构物的固有频率，从而判断结构物是否会发生共振等问题。
此外，在信号处理领域中，特征值与特征向量被广泛应用于降维和数据压缩。
通过对数据进行特征值分解，可以将高维数据降低到低维空间，从而减少计算量和存储空间。
四、特征值与特征向量在计算机科学中的应用特征值与特征向量在计算机科学中也有着重要的应用。
例如，在图像处理中，特征值与特征向量被用于图像压缩和特征提取。
特征值和特征向量的应用 数学毕业论文
特征值和特征向量的应用数学毕业论文特征值和特征向量在数学领域中是相当重要的概念，它们在矩阵理论、线性代数、计算机图形学、物理学等领域中都有广泛的应用，具有重要的理论价值和实际应用价值。
本篇论文将系统地介绍特征值和特征向量的概念及其应用，希望能为读者提供一些帮助。
一、特征值和特征向量的定义及性质特征值和特征向量是矩阵运算中十分重要的概念。
矩阵A具有特征值λ和特征向量x，是指存在一个非零向量x使得它与A的乘积等于一个常数λ与x的乘积，即A×x=λ×x，其中λ就是矩阵A的特征值，而x就是对应的特征向量。
对于一个n阶矩阵A，它的特征值和特征向量的性质如下：（1）矩阵A的特征值是一个n阶方程x^n+c_1*x^(n-1)+…+c_n-1*x+c_n=0的根（其中c1、c2、…、cn-1、cn是常数），称之为矩阵的特征方程。
（2）n阶矩阵A最多只有n个不同的特征值，这些特征值可以是实数或复数。
（3）矩阵A的特征向量不唯一，但特征向量之间线性无关。
（4）矩阵A的特征向量组成的集合称为A的特征空间。
（5）如果一个矩阵A有n个线性无关的特征向量，则它可以被对角化，即存在一个可逆矩阵P，使得P-1×A×P是对角矩阵。
二、特征值和特征向量的应用1、矩阵对角化在物理学、经济学等领域，存在一些问题需要求解一个线性方程组，这时候就需要用到矩阵对角化。
将一个矩阵对角化的目的是为了易于求解行列式和行列式的幂，从而得到矩阵的特征值和特征向量，进一步计算出矩阵的各种性质。
对角矩阵比一般的矩阵要更容易求行列式和行列式的幂。
在求解线性方程组时，我们需要对系数矩阵进行对角化，转换为一个对角矩阵，然后用行列式的幂求出线性方程组的解。
这个解可以通过特征值和特征向量来表示，并且具有简单性和通用性。
2、计算矩阵的幂特征值和特征向量还可以用于计算矩阵的幂。
我们可以将矩阵A对角化，得到特征向量和特征值。
然后A的幂可以被表示为特征值的幂和特征向量的线性组合，即A^n=PD^nP-1，其中D是对角矩阵，D^n是对角线上每个元素的幂，而P是特征向量矩阵。
矩阵特征值特征向量的求法与应用
矩阵特征值特征向量的求法与应用矩阵的特征值和特征向量是线性代数中重要的概念，具有广泛的应用。
本文将介绍矩阵特征值和特征向量的求法以及其在不同领域的应用。
1.特征值和特征向量的定义给定一个n阶矩阵A，向量x被称为该矩阵的特征向量，如果满足Ax=λx，其中λ为实数，被称为特征值。
特征向量可以通过对角化矩阵D进行求解，D是由特征值构成的对角矩阵。
2.求解特征值和特征向量的方法有多种方法可以求解矩阵的特征值和特征向量，其中最常用的是特征方程法和幂迭代法。
特征方程法是通过求解矩阵的特征方程来得到特征值。
对于n阶矩阵A，其特征方程为det(A-λI)=0，其中I为单位矩阵。
解特征方程得到的λ即为矩阵的特征值，将特征值代入到(A-λI)x=0中进行求解，得到的非零解即为特征值对应的特征向量。
幂迭代法是一种迭代方法，用于求解矩阵的最大特征值和对应的特征向量。
该方法的基本思想是通过不断迭代矩阵A的特征向量序列来逼近最大特征值。
迭代过程中，首先选取一个任意的非零向量x0，然后执行迭代计算xk=Axk-1/，Axk-1，其中，.，表示向量的2-范数，直到收敛为止。
最终得到的向量x即为最大特征值对应的特征向量。
3.特征值和特征向量的应用矩阵的特征值和特征向量在各个领域都有广泛的应用，以下列举了其中一些常见的应用。
（1）物理学中的量子力学中，矩阵的特征值和特征向量用于描述量子系统的能量和态。
（2）工程中的结构动力学中，矩阵的特征值和特征向量用于描述结构的固有频率和振型。
（3）图像处理中，矩阵特征值和特征向量用于图像压缩和特征提取。
（4）机器学习中，矩阵特征值和特征向量用于降维和特征选择，有助于提高模型的泛化能力。
（5）金融中，矩阵特征值和特征向量用于风险评估和资产定价模型。
4.总结矩阵的特征值和特征向量是线性代数中重要的概念，可以通过特征方程法和幂迭代法求解。
特征值和特征向量在各个领域具有广泛的应用，包括物理学、工程学、图像处理、机器学习和金融等。
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摘要特征值与特征向量是代数中一个重要的部分，并在理论和学习和实际生活，特别是现代科学技术方面都有很重要的作用.本文主要讨论并归纳了特征值与特征向量的性质，通过实例展现特征值与特征向量的优越性，探讨特征值与特征向量及其应用有着非常重要的价值.正文共分四章来写，其中第一章介绍了写作背景以及研究目的.第二章介绍了特征值与特征向量的定义以及性质，并且写出了线性空间中线性变换的特征值、特征向量与矩阵的特征值、特征向量之间的关系.第三章介绍了特征值与特征向量的几种解法：利用特征方程求特征值进而求特征向量、列行互逆变换法、利用矩阵的初等变换求特征值和特征向量.第四章重点介绍了特征值特征向量的应用，如n阶矩阵的高次幂的求解以及矩阵特征值反问题的求解等等.本文充分利用特征值与特征向量的特性求解相关问题，这带有一定的技巧性，但并不难想象，特别是跟其它方法相比，计算显得非常简洁，在解决具体问题上具有很大的优越性.当然关于矩阵的特征值和特征向量的内容很广，本文仅就特征向量的性质以及一些应用展开研究.关键词：特征值；特征向量；矩阵；递推关系；初等变换AbstractAs an important part of algebra,Eigenvalue and Eigenvector of a Matrix have very important applications in theoretical study and practical life, especially in modern science and technology. In this paper,some properties of eigenvalue and eigenvector are discussed and summarized,it shows the superiority of eigenvalue and eigenvector through examples.It has a very important value of exploring eigenvalue and eigenvector and its application.The text is divided into four chapters to write,Among them,the first chapter presents the background and research purposes.The second chapter presents the definition of eigenvalue and eigenvector and their properties, it writes the relationship between the eigenvalue, eigenvector of the linear transform of the linear space and eigenvalues and eigenvectors of matrix. The third chapter presents several solutions of the eigenvalue and eigenvector:the characteristic equation for eigenvalue and eigenvector;the method of reversible transform on Rows and columns;the elementary transformation of matrix inverse for eigenvalues and eigenvectors. The fourth chapter introduces the application of eigenvalue eigenvector, such as solving the high power of n order matrix ,dealing with the inverse problem of matrix eigenvalues and etc. This paper fully utilize eigenvalue and eigenvector to solve related issues, this approach needs certain skills，but it is not hard to imagine that it has the great superiority in sovling specific issues, comparing with other methods.Of course, the content about matrix eigenvalues and eigenvectors is very wide, this article mainly deals with the properties of eigenvector and some application.Key words:eigenvalue；eigenvector；matrix；recursive relations；elementary；transformation目 录摘 要....................................................................................................................................... I Abstract .. (II)1 引 言 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究现状 (1)1.3 本文研究目的及意义 (2)2 特征值与特征向量 (3)2.1 特征值与特征向量的定义和性质 (3)2.1.1 线性变换的特征值与特征向量 (3)2.1.2 n 阶方阵的特征值与特征向量 (3)2.2 (),V p n 中线性变换ℜ的特征值、特征向量与矩阵R 的特征值与特征向量之间的关系 (3)3 特征值与特征向量的解法 (5)3.1 求数字方阵的特征值与特征向量 (5)3.2 列行互逆变换法 (6)3.3 利用矩阵的初等变换解特征值特征向量 (10)4 矩阵的特征值与特征向量的应用研究 (15)4.1 n 阶矩阵()1*,,,,,m kA aA bI A A A f A -+的特征值和特征向量. (15)4.2 n 阶矩阵的高次幂的求解 (16)4.3 矩阵特征值反问题的求解 (17)4.4 特征值与特征向量在线性递推关系中的应用 (18)4.5 特征值法求解二次型的条件最值问题 (22)4.5.1 二次型的条件最值问题及求解该问题的特征值方法 (22)4.5.2 应用举例 (25)4.6 特征值与特征向量在矩阵运算中的作用 (26)4.6.1 特征值与特征向量在矩阵运算中使用的性质 (26)4.6.2 特征值与特征向量在矩阵运算中的应用 (26)总 结 (30)参考文献 (31)致 谢 (32)1 引言1.1研究背景矩阵是数学中的一个重要的基本概念之一,是代数学的一个主要研究对象,也是数学研究和应用的一个重要工具. 矩阵的特征值与特征向量问题是矩阵理论的重要组成部分，它在高等代数和其他科技领域中占有重要的位置.同时它又贯穿了高等代数的许多重要方面，对于该课题的研究加深了我们对高等代数各个部分的认识，从而使我们更深刻的了解高等代数的相关理论.对矩阵的特征值与特征向量的理论研究和及其应用探究，不仅对提高高等代数以及相关课程的理解有很大帮助，而且在理论上也很重要，可以直接用来解决实际问题.现在矩阵已成为独立的一门数学分支，矩阵特征值与特征向量的应用是多方面的，不仅在数学领域里，而且在力学、物理、科技方面都有十分广泛的应用.1.2研究现状在此之前已有很多专家学者涉足此领域研究该问题.吴江、孟世才、许耿在《浅谈<线性代数>中“特征值与特征向量”的引入》中从线性空间V中线性变换在不同基下的矩阵具有相似关系出发引入矩阵的特征值与特征向量的定义.郭华、刘小明在《特征值与特征向量在矩阵运算中的作用》中从方阵的特征值与特征向量的性质出发，结合具体的例子阐述了特征值与特征向量在简化矩阵运算中所起的作用.矩阵的特征值与特征向量在结构动力分析中有重要作用，矩阵迭代法是求矩阵的第一阶特征值与特征向量的一种数值方法,但是选取不同的初始向量使结果可能收敛于不同阶的特征值与特征向量，而不一定收敛与第一阶,陈建兵在《矩阵迭代法求矩阵特征值与特征向量初始向量选取的讨论》中讨论了初始向量的选取问题.特征值理论是线性代数中的一个重要的内容，当方阵阶数很高时实际计算比较繁琐，赵娜、吕剑峰在《特征值问题的MATLAB 实践》中从实际案例入手，利用MATLAB软件讨论了求解特征值问题的全过程.汪庆丽在《用矩阵的初等变换求矩阵的特征值与特征向量》中研究了一种只对矩阵作适当的初等行变换就能求到矩阵的特征值与特征向量的方法，论证其方法的合理性，并阐述此方法的具体求解步骤.岳嵘在《由特征值特征向量去顶矩阵的方法证明及应用》中探究了已知n阶对称矩阵A的k个互不相等的特征值及k-1个特征向量计算出矩阵A的计算方法.张红玉在《矩阵特征值的理论及应用》中讨论了通过n阶方阵A的特征值得出一系列相关矩阵的特征值,再由特征值与正定矩阵的关系得出正定矩阵的结论.刘学鹏、杨军在《矩阵的特征值、特征向量和应用》一文中讨论了矩阵的特征值和特征向量的一些特殊情况，以及在矩阵对角化方面的应用.冯俊艳、马丽在《讨论矩阵的特征值与行列式的关系》中讨论了利用矩阵的特征值解决行列式的问题.1.3本文研究目的及意义在前人研究的基础上，本文给出了特征值与特征向量的概念及其性质，特征值与特征向量性质是最基本的内容，特征值与特征向量的讨论使得这一工具的使用更加便利，解决问题的作用更强有力，其应用也就更广泛.在此基础上，对矩阵的特征值与特征向量的计算进行详尽的阐述和说明. 利用特征方程求特征值进而求特征向量法、列行互逆变换法、矩阵的初等变换求特征值和特征向量.由于特征值与特征向量的应用是多方面的，本文重点介绍了对特征值与特征向量的应用探究,阐述了特征值和特征向量在矩阵运算中的作用，利用特征值法求解二次型最值问题以及矩阵的高次幂和反求解问题的应用.在例题解析中运用一些特征值与特征向量的性质和方法，可以使问题更简单，运算上更方便，是简化有关复杂问题的一种有效途径.本文就是通过大量的例子加以说明运用特征值与特征向量的性质可以使问题更加清楚，从而使高等代数中的大量习题迎刃而解，把特征值与特征向量在解决实际问题中的优越性表现出来.2 特征值与特征向量2.1 特征值与特征向量的定义和性质2.1.1 线性变换的特征值与特征向量定义1：设．ℜ是数域．．．P 上的线性空间．．．．．V 的一个线性变换．．．．．．．，如果对于数域．．．．．．P 中一数．．．0λ，存在一个非零向量．．．．．．．．ξ，使得．．0ξλξℜ=那么．．0λ称为．．ℜ的一个．．．特征值．．．，而．ξ称为．．ℜ的属于特征值．．．．．．0λ的一个．．．特征向量．．．．. 2.1.2 n 阶方阵的特征值与特征向量定义2：设R 是n 阶方阵，如果存在数0λ和n 维非零向量X ，使得0RX X λ=成立，则称0λ为R 的特征值，X 是R 的对应特征值0λ的特征向量.性质1若i λ是R 的i r 重特征值，R 对应特征值i λ有i s 个线性无关的特征向量，则i i s r ≤.性质2 如果12,x x 都是矩阵R 的属于特征值0λ的特征向量,则当11220k x k x +≠时, 11220k x k x +≠仍是R 的属于特征值0λ的特征向量．性质3 如果12,,,n λλλ是矩阵R 的互不相同的特征值，其对应的特征向量分别是12,,,n x x x ，则12,,,n x x x 线性无关．性质4 若()ij n n R r ⨯=的特征值为12,,,n λλλ，则 121122n nn r r r λλλ+++=+++，12n R λλλ=． 性质5 实对称矩阵R 的特征值都是实数，属于不同特征值的特征向量正交． 性质 6 若i λ 是实对称矩阵R 的i r 重特征值，则对应特征值i λ恰有i r 个线性无关的特征向量，或()i i r R E n r λ-=-．性质7设λ为矩阵R 的特征值，()P x 为多项式函数，则()P λ为矩阵多项式()P R 的特征值．2.2 (),V p n 中线性变换ℜ的特征值、特征向量与矩阵R 的特征值与特征向量之间的关系定理：设12,,,n εεε是(),V p n 的一组基()L V ℜ∈,()()1212,,,,,,n n R εεεεεεℜ= 1）ℜ的特征值0λ必是R 的特征值，ℜ的属于0λ的特征向量1122n n x x x ξεεε=+++，则()12,,,n x x x 必是R 的属于特征值0λ的特征向量.2）设0λ是R 的一个特征值，且0λ∈P ，则0λ是ℜ的一个特征值.若()12,,,n x x x 是R 的一个属于特征值0λ的一个特征向量，则1122n n x x x ξεεε=+++是ℜ的一个属于0λ的特征向量.证明：1）设0λ是ℜ的特征值，于是有ξ≠0使得0ξλξℜ=，其中0λ∈P ，设1122n n x x x ξεεε=+++，则()12112212,,,n n n n x x x x x R x ξεεεεεε⎛⎫ ⎪ ⎪ℜ=ℜ+ℜ++ℜ ⎪ ⎪⎝⎭ = ， 又0ξλξℜ=，所以有()()112212120,,,,,,n n n n x x x x R x x εεεεεελ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=， 由他们的坐标列相等可得 ()120000n x x E R x λ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪-= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭，所以其次线性方程组()00E R X λ-=有非零解，于是00E R λ-=，故0λ是R 的特征多项式的根，即0λ是R 的特征值，从而ξ的坐标是R 的属于0λ的特征向量.2）设0λ是R 的一个特征值，0λ∈P ，且00E R λ-=，于是()00E R X λ-=有非零解，()120,,,n n x x x ≠∈P ，令n n x x x V ξεεε≠=+++∈11220，()120000n x x E R x λ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪-= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭，即11220=n n x x x x R x x λ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭，于是0ξλξℜ=，故0λ是ℜ的一个特征值，且ξ是ℜ的属于0λ的特征向量.3 特征值与特征向量的解法3.1 求数字方阵的特征值与特征向量由方阵的特征值和特征向量的定义知:a ≠0是A 的属于λ的特征向量 因为Aa a λ=所以a 是齐次线性方程组()0E A x λ-=的非零解，所以λ是特征方程()0A f E A λλ-=的根。