A = ( 1 2 2 3 1 0 1 1 1 ) A=\begin{pmatrix}
1 & 2 & 2 \\
3 & 1 & 0 \\
1 & 1 & 1 \\
\end{pmatrix} A = ⎝ ⎛ 1 3 1 2 1 1 2 0 1 ⎠ ⎞
P A ( λ ) = det ( A − λ I ) = ∣ 1 − λ 2 2 3 1 − λ 0 1 1 1 − λ ∣ P_A(\lambda)=\det(A-\lambda I)=\begin{vmatrix}
1-\lambda & 2 & 2 \\
3 & 1-\lambda & 0 \\
1 & 1 & 1-\lambda \\
\end{vmatrix} P A ( λ ) = det ( A − λ I ) = ∣ ∣ 1 − λ 3 1 2 1 − λ 1 2 0 1 − λ ∣ ∣
= ( 1 − λ ) ∣ 1 − λ 0 1 λ − 1 ∣ − 2 ∣ 3 0 1 1 − λ ∣ =(1-\lambda)\begin{vmatrix}
1-\lambda & 0 \\
1 & \lambda-1
\end{vmatrix}-2\begin{vmatrix}
3 & 0 \\
1 & 1-\lambda
\end{vmatrix} = ( 1 − λ ) ∣ ∣ 1 − λ 1 0 λ − 1 ∣ ∣ − 2 ∣ ∣ 3 1 0 1 − λ ∣ ∣
+ 2 ∣ 3 1 − λ 1 1 ∣ = ( 1 − λ ) 3 − 6 ( 1 − λ ) + 6 − 2 ( 1 − λ ) +2\begin{vmatrix}
3 & 1-\lambda \\
1 & 1
\end{vmatrix}=(1-\lambda)^3-6(1-\lambda)+6-2(1-\lambda) + 2 ∣ ∣ 3 1 1 − λ 1 ∣ ∣ = ( 1 − λ ) 3 − 6 ( 1 − λ ) + 6 − 2 ( 1 − λ )
= 1 − 3 λ + 3 λ 2 − λ 3 − 8 + 8 λ + 6 =1-3\lambda+3\lambda^2-\lambda^3-8+8\lambda+6 = 1 − 3 λ + 3 λ 2 − λ 3 − 8 + 8 λ + 6
= − λ 3 + 3 λ 2 + 5 λ − 1 =-\lambda^3+3\lambda^2+5\lambda-1 = − λ 3 + 3 λ 2 + 5 λ − 1
A 2 = ( 1 2 2 3 1 0 1 1 1 ) ( 1 2 2 3 1 0 1 1 1 ) A^2=\begin{pmatrix}
1 & 2 & 2 \\
3 & 1 & 0 \\
1 & 1 & 1 \\
\end{pmatrix}\begin{pmatrix}
1 & 2 & 2 \\
3 & 1 & 0 \\
1 & 1 & 1 \\
\end{pmatrix} A 2 = ⎝ ⎛ 1 3 1 2 1 1 2 0 1 ⎠ ⎞ ⎝ ⎛ 1 3 1 2 1 1 2 0 1 ⎠ ⎞
= ( 1 + 6 + 2 2 + 2 + 2 2 + 0 + 2 3 + 3 + 0 6 + 1 + 0 6 + 0 + 0 1 + 3 + 1 2 + 1 + 1 2 + 0 + 1 ) =\begin{pmatrix}
1+6+2 & 2+2+2 & 2+0+2 \\
3+3+0 & 6+1+0 & 6+0+0 \\
1+3+1 & 2+1+1 & 2+0+1 \\
\end{pmatrix} = ⎝ ⎛ 1 + 6 + 2 3 + 3 + 0 1 + 3 + 1 2 + 2 + 2 6 + 1 + 0 2 + 1 + 1 2 + 0 + 2 6 + 0 + 0 2 + 0 + 1 ⎠ ⎞
= ( 9 6 4 6 7 6 5 4 3 ) =\begin{pmatrix}
9 & 6 & 4 \\
6 & 7 & 6 \\
5 & 4 & 3 \\
\end{pmatrix} = ⎝ ⎛ 9 6 5 6 7 4 4 6 3 ⎠ ⎞
A 3 = ( 9 6 4 6 7 6 5 4 3 ) ( 1 2 2 3 1 0 1 1 1 ) A^3=\begin{pmatrix}
9 & 6 & 4 \\
6 & 7 & 6 \\
5 & 4 & 3 \\
\end{pmatrix}\begin{pmatrix}
1 & 2 & 2 \\
3 & 1 & 0 \\
1 & 1 & 1 \\
\end{pmatrix} A 3 = ⎝ ⎛ 9 6 5 6 7 4 4 6 3 ⎠ ⎞ ⎝ ⎛ 1 3 1 2 1 1 2 0 1 ⎠ ⎞
= ( 9 + 18 + 4 18 + 6 + 4 18 + 0 + 4 6 + 21 + 6 12 + 7 + 6 12 + 0 + 6 5 + 12 + 3 10 + 4 + 3 10 + 0 + 3 ) =\begin{pmatrix}
9+18+4 & 18+6+4 & 18+0+4 \\
6+21+6 & 12+7+6 & 12+0+6 \\
5+12+3 & 10+4+3 & 10+0+3 \\
\end{pmatrix} = ⎝ ⎛ 9 + 18 + 4 6 + 21 + 6 5 + 12 + 3 18 + 6 + 4 12 + 7 + 6 10 + 4 + 3 18 + 0 + 4 12 + 0 + 6 10 + 0 + 3 ⎠ ⎞
= ( 31 28 22 33 25 18 20 17 13 ) =\begin{pmatrix}
31 & 28 & 22 \\
33 & 25 & 18 \\
20 & 17 & 13 \\
\end{pmatrix} = ⎝ ⎛ 31 33 20 28 25 17 22 18 13 ⎠ ⎞
− A 3 + 3 A 2 + 5 A − I = − ( 31 28 22 33 25 18 20 17 13 ) -A^3+3A^2+5A-I=-\begin{pmatrix}
31 & 28 & 22 \\
33 & 25 & 18 \\
20 & 17 & 13 \\
\end{pmatrix} − A 3 + 3 A 2 + 5 A − I = − ⎝ ⎛ 31 33 20 28 25 17 22 18 13 ⎠ ⎞
+ 3 ( 9 6 4 6 7 6 5 4 3 ) + 5 ( 1 2 2 3 1 0 1 1 1 ) − ( 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ) +3\begin{pmatrix}
9 & 6 & 4 \\
6 & 7 & 6 \\
5 & 4 & 3 \\
\end{pmatrix}+5\begin{pmatrix}
1 & 2 & 2 \\
3 & 1 & 0 \\
1 & 1 & 1 \\
\end{pmatrix}-\begin{pmatrix}
1 & 0 & 0 \\
0 & 1 & 0 \\
0 & 0 & 1 \\
\end{pmatrix} + 3 ⎝ ⎛ 9 6 5 6 7 4 4 6 3 ⎠ ⎞ + 5 ⎝ ⎛ 1 3 1 2 1 1 2 0 1 ⎠ ⎞ − ⎝ ⎛ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ⎠ ⎞
= ( − 31 + 27 + 5 − 1 − 28 + 18 + 10 − 0 − 22 + 12 + 10 − 0 − 33 + 18 + 15 − 0 − 25 + 21 + 5 − 1 − 18 + 18 + 0 − 0 − 20 + 15 + 5 − 0 − 17 + 12 + 5 − 0 − 13 + 9 + 5 − 1 ) =\begin{pmatrix}
-31+27+5-1 & -28+18+10-0 & -22+12+10-0 \\
-33+18+15-0 & -25+21+5-1 & -18+18+0-0 \\
-20+15+5-0 & -17+12+5-0 & -13+9+5-1 \\
\end{pmatrix} = ⎝ ⎛ − 31 + 27 + 5 − 1 − 33 + 18 + 15 − 0 − 20 + 15 + 5 − 0 − 28 + 18 + 10 − 0 − 25 + 21 + 5 − 1 − 17 + 12 + 5 − 0 − 22 + 12 + 10 − 0 − 18 + 18 + 0 − 0 − 13 + 9 + 5 − 1 ⎠ ⎞
= ( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ) =\begin{pmatrix}
0 & 0 & 0 \\
0 & 0 & 0 \\
0 & 0 & 0 \\
\end{pmatrix} = ⎝ ⎛ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ⎠ ⎞
The matrix A A A satisfies its own characteristic equation.
Therefore we verify Cayley-Hamilton theorem of A = ( 1 2 2 3 1 0 1 1 1 ) . A=\begin{pmatrix}
1 & 2 & 2 \\
3 & 1 & 0 \\
1 & 1 & 1 \\
\end{pmatrix}. A = ⎝ ⎛ 1 3 1 2 1 1 2 0 1 ⎠ ⎞ .
Comments