TU Wien:Algebra und Diskrete Mathematik VU (diverse)/Übungen 2025W/Beispiel 591

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Man bestimme die Eigenwerte der Matrix A sowie zu jedem Eigenwert alle Eigenvektoren:

A=(012121201212120)

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Eigenwertäquivalenz
Eigenwertäquivalenz[Bearbeiten, 3.70 Satz]

Ein Skalar λ∈K ist genau dann ein Eigenwert einer quadratischen Matrix A∈Kn,n, wenn det⁡(λ⋅In−A)=0.

Lösungsvorschlag

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von --Piri (Diskussion) 21:36, 29. Dez. 2018 (CET)

Für alle Eigenwerte muss det⁡(λ⋅I3−A)=0 gelten, also

|−λ121212−λ121212−λ|=0⇔|−2λ111−2λ111−2λ|=0⇔−4λ3+3λ+1=0⇔(λ−1)⋅(λ+12)2=0

(Tipp zum Faktorisieren des Polynoms 3. Grades zuerst die Nullstelle λ=1 erraten und dann durch Polynomdivision das Polynom 2. Grades lösen)

Um nun die Eigenvektoren auszurechnen muss für jeden Eigenwert das Gleichungssystem (λI3−A)⋅x→=0 gelöst werden. Dafür führen wir nun Zeilenumformungen auf der Systemmatrix durch (Anmk. Die 0er Spalte kann weggelassen werden)

Für λ=1

(−2111−2111−2)→(−2110−323203−3)→(−2110−33000)→(10−101−1000)

Es gibt also unendliche viele Lösungen. Wir wir setzen z=t und berechnen dann x=ty=t Die Lösung für den Eigenwert λ=1 ist also L=[(1,1,1)T], also Alle Vektoren deren x,y und z Koordinate gleich sind.

Für λ=−12

(111111111)→(111000000)

Es gibt wieder mehrere Lösungen also setzen wir y=t und z=s also ist x=−t−s.

Das ergibt dann die Lösung L=[(−1,1,0)T,(−1,0,1)T]