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2019年8月15日木曜日

学習環境

ラング線形代数学(下) (ちくま学現文庫)(S.ラング (著)、芹沢 正三 (翻訳)、筑摩書房)の9章(多項式と行列)、4(特性多項式)、練習問題3の解答を求めてみる。



    1. 特性多項式。

      f(t)=det(tI-A)=det[t-1-i-it+2]=t2+t-2+1=t2+t-1

      固有値。

      t2+t-1=0t=-1±1+42=-1±52

      それぞれの固有値をもつ固有ベクトル。

      {(t-1)x-iy=0-ix+(t+2)y=0-3±52x-iy=0(2,(35)i)

    2. f(t)=det[t-1-iit-1]=t2-2t+1-1=t(t-2)t=0,2{(t-1)x-iy=0ix+(t-1)y=0t=0{-x-iy=0ix-y=0(1,i)t=2{x-iy=0ix+y=0(1,-i)

    3. f(t)=(t-1)(t-2)t=1,2{(t-1)x-2iy=0(t-2)y=0t=1(1,0)t=2x-2iy=0(2i,1)

    4. f(t)=(t-2)(t-3)-20=t2-5t-14=(t-7)(t+2)t=-2,7{(t-2)x-4y=0-5x+(t-3)y=0t=-2{-4x-4y=0-5x-5y=0(1,1)t=7{5x-4y=0-5x+4y=0(4,5)

    5. f(t)=(t-1)(t+2)-4=t2+t-6=(t+3)(t-2)t=-3,2{(t-1)x-2y=0-2x+(t+2)y=0t=-3{-4x-2y=0-2x-y=0(1,-2)t=2{x-2y=0-2x+4y=0(2,1)

    6. f(t)=(t-3)2+4=t2-6t+13t=3±9-13=3±2i{(t-3)x-2y=02x+(t-3)y=0t=3+2i{2ix-2y=02x+2iy=0(1,i)t=3-2i{-2ix-2y=02x-2iy=0(1,-i)

    7. f(t)=(t+1)(t-2)(t+6)+12+24+(t+1)12-4(t+6)+6(t-2)=(t2-t-2)(t+6)+36+12t+12-4t-24+6t-12=t3+5t2-8t-12+12+14t=t3+5t2+6t=t(t2+5t+6)=t(t+2)(t+3)t=-3,-2,0{(t+1)x-2y-2z=0-2x+(t-2)y-2z=03x+6y+(t+6)z=0t=-3{-2x-2y-2z=0-2x-5y-2z=03x+6y+3z=0z=-x-y-3y=0y=0z=-x(1,0,-1)t=-2{-x-2y-2z=0-2x-4y-2z=03x+6y+4z=0x=-2y-2z2z=0z=0x=-2y(-2,1,0)t=0{x-2y-2z=0-2x-2y-2z=03x+6y+6z=0x=y+zy+z+2y+2z=0y+z=0(0,1,-1)

    8. f(t)=(t-3)(t-1)(t+1)-(t-3)2=(t-3)(t2-1-2)=(t-3)(t2-3)t=±3,3{(t-3)x-2y-z=0(t-1)y-2z=0-y+(t+1)z=0t=-3{(-3-3)x-2y-z=0(-3-1)y-2z=0-y+(-3+1)z=0z=-3+12y(-3-3)x-2y+3+12y=02(-3-3)x-4y+(3+1)y=02(-3-3)x+(3-3)y=0x=3-32(3+3)yz=-3+12·2(3+3)=-(3+1)(3+3)=-43-6=-2(3+1)(3-3,2(3+3),-2(3+1))t=3{(3-3)x-2y-z=0(3-1)y-2z=0-y+(3+1)z=0y=(3+1)z(3-3)x-2(3+1)z-z=0(3-3)x+(-23-3)z=0x=23+33-3zy=(3+1)(3-3)=3-3-23=-23(23+3,-23,3-3)t=3{-2y-z=02y-2z=0-y+4z=0(1,0,0)

コード

Python 3

#!/usr/bin/env python3
from sympy import pprint, symbols, Matrix, eye

print('3.')

print('(g)')

t = symbols('t')
I3 = eye(3)
A = Matrix([[-1, 2, 2],
            [2, 2, 2],
            [-3, -6, -6]])

f = (t * I3 - A).det()

for o in [f, f.factor()]:
    pprint(o)
    print()

入出力結果(Bash、cmd.exe(コマンドプロンプト)、Terminal、Jupyter(IPython))

C:\Users\...>py sample3.py
3.
(g)
14⋅t + (t - 2)⋅(t + 1)⋅(t + 6) + 12

t⋅(t + 2)⋅(t + 3)


C:\Users\...>

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