A − λ I = ( − 9 − λ 4 4 − 8 3 − λ 4 − 16 8 7 − λ ) A-\lambda I=\begin{pmatrix}
-9-\lambda & 4 & 4 \\
-8& 3-\lambda & 4 \\
-16 & 8 & 7-\lambda \\
\end{pmatrix} A − λ I = ⎝ ⎛ − 9 − λ − 8 − 16 4 3 − λ 8 4 4 7 − λ ⎠ ⎞
det ( A − λ I ) = ∣ − 9 − λ 4 4 − 8 3 − λ 4 − 16 8 7 − λ ∣ \det(A-\lambda I)=\begin{vmatrix}
-9-\lambda & 4 & 4 \\
-8& 3-\lambda & 4 \\
-16 & 8 & 7-\lambda \\
\end{vmatrix} det ( A − λ I ) = ∣ ∣ − 9 − λ − 8 − 16 4 3 − λ 8 4 4 7 − λ ∣ ∣ = ( − 9 − λ ) ∣ 3 − λ 4 8 7 − λ ∣ − 4 ∣ − 8 4 − 16 7 − λ ∣ =(-9-\lambda)\begin{vmatrix}
3-\lambda & 4 \\
8 & 7-\lambda
\end{vmatrix}-4\begin{vmatrix}
-8 & 4 \\
-16 & 7-\lambda
\end{vmatrix} = ( − 9 − λ ) ∣ ∣ 3 − λ 8 4 7 − λ ∣ ∣ − 4 ∣ ∣ − 8 − 16 4 7 − λ ∣ ∣
+ 4 ∣ − 8 3 − λ − 16 8 ∣ = ( − 9 − λ ) ( 21 − 10 λ + λ 2 − 32 ) +4\begin{vmatrix}
-8 & 3-\lambda \\
-16 & 8
\end{vmatrix}=(-9-\lambda)(21-10\lambda+\lambda^2-32) + 4 ∣ ∣ − 8 − 16 3 − λ 8 ∣ ∣ = ( − 9 − λ ) ( 21 − 10 λ + λ 2 − 32 )
− 4 ( − 56 + 8 λ + 64 ) + 4 ( − 64 + 48 − 16 λ ) -4(-56+8\lambda+64)+4(-64+48-16\lambda) − 4 ( − 56 + 8 λ + 64 ) + 4 ( − 64 + 48 − 16 λ )
= 99 + 11 λ + 90 λ + 10 λ 2 − 9 λ 2 − λ 3 =99+11\lambda+90\lambda+10\lambda^2-9\lambda^2-\lambda^3 = 99 + 11 λ + 90 λ + 10 λ 2 − 9 λ 2 − λ 3
− 32 − 32 λ − 64 − 64 λ -32-32\lambda-64-64\lambda − 32 − 32 λ − 64 − 64 λ
= − λ 3 + λ 2 + 5 λ + 3 = 0 =-\lambda^3+\lambda^2+5\lambda+3=0 = − λ 3 + λ 2 + 5 λ + 3 = 0
− λ 2 ( λ + 1 ) + 2 λ ( λ + 1 ) + 3 ( λ + 1 ) = 0 -\lambda^2(\lambda+1)+2\lambda(\lambda+1)+3(\lambda+1)=0 − λ 2 ( λ + 1 ) + 2 λ ( λ + 1 ) + 3 ( λ + 1 ) = 0
− ( λ + 1 ) ( λ 2 − 2 λ − 3 ) = 0 -(\lambda+1)(\lambda^2-2\lambda-3)=0 − ( λ + 1 ) ( λ 2 − 2 λ − 3 ) = 0
− ( λ + 1 ) 2 ( λ − 3 ) = 0 -(\lambda+1)^2(\lambda-3)=0 − ( λ + 1 ) 2 ( λ − 3 ) = 0
λ 1 = − 1 , λ 2 = − 1 , λ 3 = 3 \lambda_1=-1, \lambda_2=-1, \lambda_3=3 λ 1 = − 1 , λ 2 = − 1 , λ 3 = 3
These are the eigenvalues: − 1 , − 1 , 3. -1, -1, 3. − 1 , − 1 , 3.
λ = − 1 \lambda=-1 λ = − 1
A − λ I = ( − 9 + 1 4 4 − 8 3 + 1 4 − 16 8 7 + 1 ) A-\lambda I=\begin{pmatrix}
-9+1 & 4 & 4 \\
-8& 3+1 & 4 \\
-16 & 8 & 7+1 \\
\end{pmatrix} A − λ I = ⎝ ⎛ − 9 + 1 − 8 − 16 4 3 + 1 8 4 4 7 + 1 ⎠ ⎞
= ( − 8 4 4 − 8 4 4 − 16 8 8 ) =\begin{pmatrix}
-8 & 4 & 4 \\
-8 & 4 & 4 \\
-16 & 8 & 8 \\
\end{pmatrix} = ⎝ ⎛ − 8 − 8 − 16 4 4 8 4 4 8 ⎠ ⎞ R 2 = R 2 − R 1 R_2=R_2-R_1 R 2 = R 2 − R 1
( − 8 4 4 0 0 0 − 16 8 8 ) \begin{pmatrix}
-8 & 4 & 4 \\
0 & 0 & 0 \\
-16 & 8 & 8 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ − 8 0 − 16 4 0 8 4 0 8 ⎠ ⎞ R 3 = R 3 − 2 R 1 R_3=R_3-2R_1 R 3 = R 3 − 2 R 1
( − 8 4 4 0 0 0 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
-8 & 4 & 4 \\
0 & 0 & 0 \\
0 & 0 &0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ − 8 0 0 4 0 0 4 0 0 ⎠ ⎞ R 1 = R 1 / ( − 8 ) R_1=R_1/(-8) R 1 = R 1 / ( − 8 )
( 1 − 1 / 2 − 1 / 2 0 0 0 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
1 & -1/2 & -1/2 \\
0 & 0 & 0 \\
0 & 0 &0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 1 0 0 − 1/2 0 0 − 1/2 0 0 ⎠ ⎞
( 1 − 1 / 2 − 1 / 2 0 0 0 0 0 0 ) ( x 1 x 2 x 3 ) = ( 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
1 & -1/2 & -1/2 \\
0 & 0 & 0 \\
0 & 0 &0 \\
\end{pmatrix}\begin{pmatrix}
x_1 \\
x_2 \\
x_3 \\
\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}
0 \\
0 \\
0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 1 0 0 − 1/2 0 0 − 1/2 0 0 ⎠ ⎞ ⎝ ⎛ x 1 x 2 x 3 ⎠ ⎞ = ⎝ ⎛ 0 0 0 ⎠ ⎞ If we take x 2 = t , x 3 = s , x_2=t, x_3=s, x 2 = t , x 3 = s , then x 1 = 1 2 t + 1 2 s x_1=\dfrac{1}{2}t+\dfrac{1}{2}s x 1 = 2 1 t + 2 1 s
Thus
x ⃗ = ( s / 2 + t / 2 1 1 ) s = ( 1 / 2 1 0 ) t + ( 1 / 2 0 1 ) s \vec x=\begin{pmatrix}
s/2+t/2 \\
1 \\
1 \\
\end{pmatrix}s=\begin{pmatrix}
1/2 \\
1 \\
0 \\
\end{pmatrix}t+\begin{pmatrix}
1/2 \\
0 \\
1 \\
\end{pmatrix}s x = ⎝ ⎛ s /2 + t /2 1 1 ⎠ ⎞ s = ⎝ ⎛ 1/2 1 0 ⎠ ⎞ t + ⎝ ⎛ 1/2 0 1 ⎠ ⎞ s
The eigenvectors are
( 1 / 2 1 0 ) , ( 1 / 2 0 1 ) \begin{pmatrix}
1/2 \\
1 \\
0 \\
\end{pmatrix},\begin{pmatrix}
1/2 \\
0 \\
1 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 1/2 1 0 ⎠ ⎞ , ⎝ ⎛ 1/2 0 1 ⎠ ⎞ λ = 3 \lambda=3 λ = 3
A − λ I = ( − 9 − 3 4 4 − 8 3 − 3 4 − 16 8 7 − 3 ) A-\lambda I=\begin{pmatrix}
-9-3 & 4 & 4 \\
-8& 3-3 & 4 \\
-16 & 8 & 7-3 \\
\end{pmatrix} A − λ I = ⎝ ⎛ − 9 − 3 − 8 − 16 4 3 − 3 8 4 4 7 − 3 ⎠ ⎞
= ( − 12 4 4 − 8 0 4 − 16 8 4 ) =\begin{pmatrix}
-12 & 4 & 4 \\
-8 & 0 & 4 \\
-16 & 8 & 4 \\
\end{pmatrix} = ⎝ ⎛ − 12 − 8 − 16 4 0 8 4 4 4 ⎠ ⎞ R 2 = R 2 − 2 R 1 / 3 R_2=R_2-2R_1/3 R 2 = R 2 − 2 R 1 /3
( − 12 4 4 0 − 8 / 3 4 / 3 − 16 8 4 ) \begin{pmatrix}
-12 & 4 & 4 \\
0 & -8/3 & 4/3 \\
-16 & 8 & 4 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ − 12 0 − 16 4 − 8/3 8 4 4/3 4 ⎠ ⎞ R 3 = R 3 − 4 R 1 / 3 R_3=R_3-4R_1/3 R 3 = R 3 − 4 R 1 /3
( − 12 4 4 0 − 8 / 3 4 / 3 0 8 / 3 − 4 / 3 ) \begin{pmatrix}
-12 & 4 & 4 \\
0 & -8/3 & 4/3 \\
0 & 8/3 & -4/3 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ − 12 0 0 4 − 8/3 8/3 4 4/3 − 4/3 ⎠ ⎞ R 3 = R 3 + R 2 R_3=R_3+R_2 R 3 = R 3 + R 2
( − 12 4 4 0 − 8 / 3 4 / 3 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
-12 & 4 & 4 \\
0 & -8/3 & 4/3 \\
0 & 0 & 0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ − 12 0 0 4 − 8/3 0 4 4/3 0 ⎠ ⎞ R 2 = − 3 R 2 / 8 R_2=-3R_2/8 R 2 = − 3 R 2 /8
( − 12 4 4 0 1 − 1 / 2 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
-12 & 4 & 4 \\
0 & 1 & -1/2 \\
0 & 0 & 0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ − 12 0 0 4 1 0 4 − 1/2 0 ⎠ ⎞ R 1 = − R 1 / 12 R_1=-R_1/12 R 1 = − R 1 /12
( 1 − 1 / 3 − 1 / 3 0 1 − 1 / 2 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
1 &-1/3 & -1/3 \\
0 & 1 & -1/2 \\
0 & 0 & 0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 1 0 0 − 1/3 1 0 − 1/3 − 1/2 0 ⎠ ⎞ R 1 = R 1 + R 2 / 3 R_1=R_1+R_2/3 R 1 = R 1 + R 2 /3
( 1 0 − 1 / 2 0 1 − 1 / 2 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
1 &0 & -1/2 \\
0 & 1 & -1/2 \\
0 & 0 & 0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 1 0 0 0 1 0 − 1/2 − 1/2 0 ⎠ ⎞ ( 1 0 − 1 / 2 0 1 − 1 / 2 0 0 0 ) ( x 1 x 2 x 3 ) = ( 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
1 &0 & -1/2 \\
0 & 1 & -1/2 \\
0 & 0 & 0 \\
\end{pmatrix}\begin{pmatrix}
x_1 \\
x_2 \\
x_3 \\
\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}
0 \\
0 \\
0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 1 0 0 0 1 0 − 1/2 − 1/2 0 ⎠ ⎞ ⎝ ⎛ x 1 x 2 x 3 ⎠ ⎞ = ⎝ ⎛ 0 0 0 ⎠ ⎞ If we take x 3 = t , x_3=t, x 3 = t , then x 1 = 1 2 t , x 2 = 1 2 t x_1=\dfrac{1}{2}t, x_2=\dfrac{1}{2}t x 1 = 2 1 t , x 2 = 2 1 t
Thus
x ⃗ = ( t / 2 t / 2 t ) = ( 1 / 2 1 / 2 1 ) t \vec x=\begin{pmatrix}
t/2 \\
t/2 \\
t \\
\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}
1/2 \\
1/2 \\
1 \\
\end{pmatrix}t x = ⎝ ⎛ t /2 t /2 t ⎠ ⎞ = ⎝ ⎛ 1/2 1/2 1 ⎠ ⎞ t
The eigenvector is
( 1 / 2 1 / 2 1 ) \begin{pmatrix}
1/2 \\
1/2 \\
1 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 1/2 1/2 1 ⎠ ⎞
Eigenvalue: −1, multiplicity: 2, eigenvectors: ( 1 / 2 1 0 ) , ( 1 / 2 0 1 ) \begin{pmatrix}
1/2 \\
1 \\
0 \\
\end{pmatrix},\begin{pmatrix}
1/2 \\
0 \\
1 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 1/2 1 0 ⎠ ⎞ , ⎝ ⎛ 1/2 0 1 ⎠ ⎞
Eigenvalue: 3, multiplicity: 1, eigenvector: ( 1 / 2 1 / 2 1 ) \begin{pmatrix}
1/2 \\
1/2 \\
1 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 1/2 1/2 1 ⎠ ⎞
Comments