帮你理解特征值与特征向量

原创 田草 高等数学课外辅导 2020-11-02

十一月了,工科院校少学时<线性代数>差不多结课了吧,but,不少同学对这门课还是感到一头雾水。从“线性相关性“到“极大无关组和秩“再到“特征向量“等等,几乎所有的概念从课本到课堂都是抽象解释和演绎,最终导致的现象是“课已结门未入“。本学期初发了一篇帖子“线性代数这样学”,但凡认真看过的同学定会有所裨益。今天我再写一个简短的帖子直观讲一讲“特征值与特征向量“。

回顾定义:

A是n阶方阵,若存在数λ和n维非零列向量X使得  AX=λX,则称λ是A的特征值,非零向量X是特征值λ的特征向量。

"特征"在中文字面上意思是有明显“特点”“身份”“标签”“标志“,对方阵A而言,这个λ“characteristic value/eigenvalue"的翻译贴切而又生动。

为什么定义中强调特征向量是非零向量?因为任何n阶方阵与n维零向量的乘积等于零,即A0=0=λ0,显然这是普遍真理,而不是方阵的某个“特征”。

例题:考察2阶矩阵A和非零向量X的乘积:
1)

由定义可知,特征值λ=1,X1是特征向量。

2)

X2不是特征向量,更不是对应特征值λ=1的特征向量。

如图:

容易计算A(KX1)=KX1,(常数k非零)

结论:与特征向量同方向的向量也是特征向量,特征向量不唯一。
3)

又由定义可知,5也是特征值,X3也是特征向量。

结论:特征值不只一个。事实上由(A-λE)X=0有非零解,则其系数行列式必等于零,理论上可推导出n阶方阵一定有n个特征值。

本例中,特征值有2个,分别是 1和5。

如图:
总结

众所周知,最简单的线性变换是数乘变换,如y=ax,几何上是一条直线。而 AX=λX恰好反应了这个线性本质。

通俗地说,方阵其实是一个线性系统,先天具备了线性特征(用特征值描述),通过右乘向量就可以鉴别出哪些向量是特征向量。

直观上,特征向量是指在方阵A的作用下进行比例为λ(特征值)的伸缩并保持方向不变的非零向量。

若在此基础上进一步探讨特征值以及特征向量的性质,你将发现线性空间的别样魅力。


微积分学习必看视频(不看后悔)

(1)数学英语视频《微积分的本质》1~10全集

(2)MIT视频(1)--微积分重点

(3)MIT视频(2)--微积分重点

本站辅导贴链接(拿去不谢)

一、极限与连续

(1)“极限的概念”习题解答

(2)“极限的运算”习题与解答

(3)“极限与连续”综合习题解析

(4)求极限一定要“守法”

(5)洛必达法则求极限实例详解

二、导数与应用

(1)第二章导数精选习题解答

(2)第三章《导数及其应用》部分习题解答

(3)微分中值定理的证明技巧和举例

(4)为什么有些函数老师强调一定要用定义求导

三、不定积分与定积分

(1)《定积分应用》部分经典习题解析

(2)不定积分的求法总结与经典例题详解

(3)定积分概念与性质、微积分基本公式习题解答

(4)“定积分与应用”两组测验题及参考答案

(5)定积分计算综合题型分析详解

四、微分方程

(1)常微分方程精选习题解答

(2)复习:微分方程知识总结(纯干货)

(3)更新整理(1987-2019)考研数学微分方程真题详解汇总

(4)常微分方程例题+自测题+答案

(5)微分方程考研真题选讲(视频)

(6)有关二阶线性微分方程解的结构例题选讲(视频)

推荐阅读:为什么要学习高数

概率统计怎样学

线性代数这样学

线性代数同步练习(四)行列式计算

线性代数同步练习(三)向量组的线性相关性

线性代数同步练习(二)分块与逆矩阵

线性代数同步练习(一)矩阵运算

考研数学每周练(四)

考研数学每周练(三)

考研数学每周练(二)

考研数学每周练(一)

介绍几部优秀的数学纪录片

线性代数的本质合集1~10和学习笔记

MIT线性代数视频汇总

极度烧脑纪录片《维度:数学漫步》

让人烧脑的多维度空间

数学启蒙动画片《唐老鸭漫游数学奇境》

(0)

相关推荐

  • 从模论角度看线性代数

    作者:李克正 线性代数中的一些重要的基本事实, 证明甚至陈述都不简单, 很少同学能记住.而这些事实用抽象代数特别是交换环上的模可以很简单地陈述和证明, 如果弄懂了很容易记住.本文对此做一个全面的处理. ...

  • 《线性代数知识点总结》

    提取码:q189 <工程数学,线性代数>六版(同济大学数学系)课后习题答案线性代数知识点总结1 行列式(一)行列式概念和性质1.逆序数:所有的逆序的总数2.行列式定义:不同行不同列元素乘积 ...

  • 线性代数:第四章 特征值与特征向量

    本讲义是自己上课所用幻灯片,里面没有详细的推导过程(笔者板书推导)只以大纲的方式来展示课上的内容,以方便大家下来复习. 本章主要介绍特征值与特征向量的知识,前一章我们介绍了线性变换可以把一个向量映射到 ...

  • 用四步帮你理解史上最难逻辑题

    1957年,普林斯顿大学博士生 Raymond Smullyan 在一位理论计算机科学创始人的指导下学习.他偶尔会去纽约玩.一次,他在那里遇到了一位"非常迷人的女音乐家",情场圣手 ...

  • 干货第一季05:深入浅出,帮你理解卡位!

    每天干货视频,更新在今日头条号/西瓜视频号:枪哥投资日记. 为什么最近一直讲卡位? 首先你要理解,为什么要做卡位! 卡位,顾名思义,是在市场平淡的时候,互相抢资金. 你弱了,就会被抛弃. 只有你一直强 ...

  • 三年级倍数问题,老师用线段图帮学生理解,孩子恍然大悟

    三年级倍数问题,老师用线段图帮学生理解,孩子恍然大悟

  • 线性代数精华——矩阵的特征值与特征向量

    今天和大家聊一个非常重要,在机器学习领域也广泛使用的一个概念--矩阵的特征值与特征向量.[1] 我们先来看它的定义,定义本身很简单,假设我们有一个n阶的矩阵A以及一个实数lambda,使得我们可以找到 ...

  • 使用openCV与C++求图片特征值及特征向量并进行图片处理

    利用openCV求图片特征值及特征向量 1.运用openCV与c++所涉及的头文件 #include<iostream> #include<cstring> #include& ...

  • 48张图帮你理解48种哲学主义

    哲学家建立了事物的基本概念,我们在讨论中遵循它,有时误用它,有时颠覆它.以下48个基本概念常常出现在公共讨论里,伦敦设计师Genis Carreras用最简单的线条.形状和色块对它们进行了诠释. 值得 ...

  • 市净率与市盈率,帮您理解股市!!!

    (一) [市净率与市盈率的区别是什么?]市净率PB=总市值/净资产=股价/每股净资产:市盈率PE=总市值/净利润=股价/每股收益(每股盈余). 1.估值逻辑不同,在市净率的公式中,分母是每股净资产或全 ...

  • 众高手帮你理解:麻黄附子细辛汤!

    少阴病麻黄附子细辛汤证 盐山·张锡纯着<医学衷中参西录> <伤寒论>原文︰少阴病,始得之,反发热脉沉者,麻黄附子细辛汤主之.此外感之寒凉,由太阳直透少阴,乃太阳与少阴合病也.为 ...

  • 众高手帮你理解:麻黄附子细辛汤

    少阴病麻黄附子细辛汤证 <伤寒论>原文︰少阴病,始得之,反发热脉沉者,麻黄附子细辛汤主之.此外感之寒凉,由太阳直透少阴,乃太阳与少阴合病也.为少阴与太阳合病,是以少阴已为寒凉所伤,而外表纵 ...