对下列实对称矩阵A 求:正交矩阵Q 使Q-1AQ为对角矩阵:

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对下列实对称矩阵A,求:正交矩阵Q,使Q-1AQ为对角矩阵:

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答案解析

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  • 矩阵A的特征多项式为
       f4.95E72E.jpg
       所以A的特征值为λ1=0,λ2=1,λ3=-1.
       对于λ1=0,解齐次线性方程组(0E-A)X=0,可得基础解系:α1=(0,1,0)T,
       对于λ2=1,解齐次线性方程组(E-A)X=0,可得基础解系:α2=(1,0,1)T,
       对于λ3=-1,解的齐次线性方程组(-E-A)X=0,可得基础解系:α3=(-1,0,1)T,
       因为特征值相异,所以α1,α2,α3两两正交(因为A为对称矩阵),只需将α1,α2,α3单位化,得
       f4.97FC14.jpg
       令f4.9837A6.jpg,则Q为正交矩阵,且f4.9860F8.jpg$矩阵A的特征多项式f4.98A19B.jpg,得A的特征值λ1=λ2=0,λ3=3.
       对于λ1=λ2=0,解齐次线性方程组(0E-A)X=0,得基础解系
       α1=(-1,1,0)T,α2=(-1,0,1)T.
       对于λ1=3,解齐次线性方程组(3E-A)X=0,得基础解系
       α3=(1,1,1)T.
       将α1,α2正交化,单位化,得f4.9A57F6.jpg
       将α3单位化,得f4.9A93D6.jpg
       令f4.9AC21A.jpg,Q为正交阵,且f4.9AE513.jpg$矩阵A的特征多项式为
       f4.9B1D88.jpg
       得A的特征值:λ1=-1,λ2=2,λ3=5.
       对于λ1=-1,解齐次线性方程组(-E-A)X=0,得它的一个基础解系α1=(2,2,1)T;
       对于λ2=2,解齐次线性方程组(2E-A)X=0,得它的一个基础解系α2=(2,-1,-2)T;
       对于λ3=5,解齐次线性方程组(5E-A)X=0,得它的一个基础解系α3=(1,-2,2)T.
       将α1,α2,α3单位化,可得
       f4.9CF6EC.jpg
       令f4.9D204D.jpg,Q为正交矩阵,且f4.9D3F9D.jpg$方法同上.取f4.9DB77D.jpg