A = ( 10 − 2 − 5 − 2 2 3 − 5 3 5 ) A=\begin{pmatrix}
10 & -2 & -5 \\
-2 & 2 & 3 \\
-5 & 3 & 5 \\
\end{pmatrix} A = ⎝ ⎛ 10 − 2 − 5 − 2 2 3 − 5 3 5 ⎠ ⎞ Find the eigen values
A − λ I = ( 10 − λ − 2 − 5 − 2 2 − λ 3 − 5 3 5 − λ ) A-\lambda I=\begin{pmatrix}
10-\lambda & -2 & -5 \\
-2 & 2-\lambda & 3 \\
-5 & 3 & 5-\lambda \\
\end{pmatrix} A − λ I = ⎝ ⎛ 10 − λ − 2 − 5 − 2 2 − λ 3 − 5 3 5 − λ ⎠ ⎞
det ( A − λ I ) = ∣ 10 − λ − 2 − 5 − 2 2 − λ 3 − 5 3 5 − λ ∣ \det(A-\lambda I)=\begin{vmatrix}
10-\lambda & -2 & -5 \\
-2 & 2-\lambda & 3 \\
-5 & 3 & 5-\lambda \\
\end{vmatrix} det ( A − λ I ) = ∣ ∣ 10 − λ − 2 − 5 − 2 2 − λ 3 − 5 3 5 − λ ∣ ∣
= ( 10 − λ ∣ 2 − λ 3 3 5 − λ ∣ + 2 ∣ − 2 3 − 5 5 − λ ∣ =(10-\lambda\begin{vmatrix}
2-\lambda & 3 \\
3 & 5-\lambda
\end{vmatrix}+2\begin{vmatrix}
-2 & 3 \\
-5 & 5-\lambda
\end{vmatrix} = ( 10 − λ ∣ ∣ 2 − λ 3 3 5 − λ ∣ ∣ + 2 ∣ ∣ − 2 − 5 3 5 − λ ∣ ∣
− 5 ∣ − 2 2 − λ − 5 3 ∣ = ( 10 − λ ) ( 10 − 7 λ + λ 2 − 9 ) -5\begin{vmatrix}
-2 & 2-\lambda \\
-5 & 3
\end{vmatrix}=(10-\lambda)(10-7\lambda+\lambda^2-9) − 5 ∣ ∣ − 2 − 5 2 − λ 3 ∣ ∣ = ( 10 − λ ) ( 10 − 7 λ + λ 2 − 9 )
+ 2 ( − 10 + 2 λ + 15 ) − 5 ( − 6 + 10 − 5 λ ) +2(-10+2\lambda+15)-5(-6+10-5\lambda) + 2 ( − 10 + 2 λ + 15 ) − 5 ( − 6 + 10 − 5 λ )
= 10 − 70 λ + 10 λ 2 − λ + 7 λ 2 − λ 3 + 10 + 4 λ =10-70\lambda+10\lambda^2-\lambda+7\lambda^2-\lambda^3+10+4\lambda = 10 − 70 λ + 10 λ 2 − λ + 7 λ 2 − λ 3 + 10 + 4 λ
− 20 + 25 λ = − λ 3 + 17 λ 2 − 42 λ -20+25\lambda=-\lambda^3+17\lambda^2-42\lambda − 20 + 25 λ = − λ 3 + 17 λ 2 − 42 λ
= − λ ( λ − 3 ) ( λ − 14 ) =-\lambda(\lambda-3)(\lambda-14) = − λ ( λ − 3 ) ( λ − 14 )
det ( A − λ I ) = 0 = > − λ ( λ − 3 ) ( λ − 14 ) = 0 \det(A-\lambda I)=0=>-\lambda(\lambda-3)(\lambda-14)=0 det ( A − λ I ) = 0 => − λ ( λ − 3 ) ( λ − 14 ) = 0
The roots are λ 1 = 14 , λ 2 = 3 , λ 3 = 0. \lambda_1=14, \lambda_2=3, \lambda_3=0. λ 1 = 14 , λ 2 = 3 , λ 3 = 0.
These are eigenvalues.
Find the eigenvectors
λ = 14 \lambda
=14 λ = 14
A − λ I = ( 10 − 14 − 2 − 5 − 2 2 − 14 3 − 5 3 5 − 14 ) A-\lambda I=\begin{pmatrix}
10-14 & -2 & -5 \\
-2 & 2-14 & 3 \\
-5 & 3 & 5-14 \\
\end{pmatrix} A − λ I = ⎝ ⎛ 10 − 14 − 2 − 5 − 2 2 − 14 3 − 5 3 5 − 14 ⎠ ⎞
= ( − 4 − 2 − 5 − 2 − 12 3 − 5 3 − 9 ) =\begin{pmatrix}
-4 & -2 & -5 \\
-2 & -12 & 3 \\
-5 & 3 & -9 \\
\end{pmatrix} = ⎝ ⎛ − 4 − 2 − 5 − 2 − 12 3 − 5 3 − 9 ⎠ ⎞ R 2 = R 2 − R 1 / 2 R_2=R_2-R_1/2 R 2 = R 2 − R 1 /2
( − 4 − 2 − 5 0 − 11 11 / 2 − 5 3 − 9 ) \begin{pmatrix}
-4 & -2 & -5 \\
0 & -11 & 11/2 \\
-5 & 3 & -9 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ − 4 0 − 5 − 2 − 11 3 − 5 11/2 − 9 ⎠ ⎞ R 3 = R 3 − 5 R 1 / 4 R_3=R_3-5R_1/4 R 3 = R 3 − 5 R 1 /4
( − 4 − 2 − 5 0 − 11 11 / 2 0 11 / 2 − 11 / 4 ) \begin{pmatrix}
-4 & -2 & -5 \\
0 & -11 & 11/2 \\
0 & 11/2 & -11/4 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ − 4 0 0 − 2 − 11 11/2 − 5 11/2 − 11/4 ⎠ ⎞ R 3 = R 3 + R 2 / 2 R_3=R_3+R_2/2 R 3 = R 3 + R 2 /2
( − 4 − 2 − 5 0 − 11 11 / 2 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
-4 & -2 & -5 \\
0 & -11 & 11/2 \\
0 & 0 & 0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ − 4 0 0 − 2 − 11 0 − 5 11/2 0 ⎠ ⎞
R 2 = R 2 / ( − 11 ) R_2=R_2/(-11) R 2 = R 2 / ( − 11 )
( − 4 − 2 − 5 0 1 − 1 / 2 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
-4 & -2 & -5 \\
0 & 1 & -1/2 \\
0 & 0 & 0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ − 4 0 0 − 2 1 0 − 5 − 1/2 0 ⎠ ⎞ R 1 = R 1 + 2 R 2 R_1=R_1+2R_2 R 1 = R 1 + 2 R 2
( − 4 0 − 6 0 1 − 1 / 2 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
-4 & 0 & -6 \\
0 & 1 & -1/2 \\
0 & 0 & 0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ − 4 0 0 0 1 0 − 6 − 1/2 0 ⎠ ⎞ R 1 = R 1 / ( − 4 ) R_1=R_1/(-4) R 1 = R 1 / ( − 4 )
( 1 0 3 / 2 0 1 − 1 / 2 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
1 & 0 & 3/2 \\
0 & 1 & -1/2 \\
0 & 0 & 0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 1 0 0 0 1 0 3/2 − 1/2 0 ⎠ ⎞ If we take v 3 = t , v_3=t, v 3 = t , then v 1 = − 3 2 t , v 2 = 1 2 t . v_1=-\dfrac{3}{2}t, v_2=\dfrac{1}{2}t. v 1 = − 2 3 t , v 2 = 2 1 t .
The eigenvector is v = ( − 3 / 2 1 / 2 1 ) v=\begin{pmatrix}
- 3/2 \\
1/2 \\
1
\end{pmatrix} v = ⎝ ⎛ − 3/2 1/2 1 ⎠ ⎞
λ = 3 \lambda
=3 λ = 3
A − λ I = ( 10 − 3 − 2 − 5 − 2 2 − 3 3 − 5 3 5 − 3 ) A-\lambda I=\begin{pmatrix}
10-3 & -2 & -5 \\
-2 & 2-3 & 3 \\
-5 & 3 & 5-3 \\
\end{pmatrix} A − λ I = ⎝ ⎛ 10 − 3 − 2 − 5 − 2 2 − 3 3 − 5 3 5 − 3 ⎠ ⎞
= ( 7 − 2 − 5 − 2 − 1 3 − 5 3 2 ) =\begin{pmatrix}
7 & -2 & -5 \\
-2 & -1 & 3 \\
-5 & 3 & 2 \\
\end{pmatrix} = ⎝ ⎛ 7 − 2 − 5 − 2 − 1 3 − 5 3 2 ⎠ ⎞ R 2 = R 2 + 2 R 1 / 7 R_2=R_2+2R_1/7 R 2 = R 2 + 2 R 1 /7
( 7 − 2 − 5 0 − 11 / 7 11 / 7 − 5 3 2 ) \begin{pmatrix}
7 & -2 & -5 \\
0 & -11/7 & 11/7 \\
-5 & 3 & 2 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 7 0 − 5 − 2 − 11/7 3 − 5 11/7 2 ⎠ ⎞ R 3 = R 3 + 5 R 1 / 7 R_3=R_3+5R_1/7 R 3 = R 3 + 5 R 1 /7
( 7 − 2 − 5 0 − 11 / 7 11 / 7 0 11 / 7 − 11 / 7 ) \begin{pmatrix}
7 & -2 & -5 \\
0 & -11/7 & 11/7 \\
0 & 11/7 & -11/7 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 7 0 0 − 2 − 11/7 11/7 − 5 11/7 − 11/7 ⎠ ⎞ R 3 = R 3 + R 2 R_3=R_3+R_2 R 3 = R 3 + R 2
( 7 − 2 − 5 0 − 11 / 7 11 / 7 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
7 & -2 & -5 \\
0 & -11/7 & 11/7 \\
0 & 0 & 0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 7 0 0 − 2 − 11/7 0 − 5 11/7 0 ⎠ ⎞ R 2 = − 7 R 2 / 11 R_2=-7R_2/11 R 2 = − 7 R 2 /11
( 7 − 2 − 5 0 1 − 1 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
7 & -2 & -5 \\
0 & 1 &-1 \\
0 & 0 & 0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 7 0 0 − 2 1 0 − 5 − 1 0 ⎠ ⎞ R 1 = R 1 + 2 R 2 R_1=R_1+2R_2 R 1 = R 1 + 2 R 2
( 7 0 − 7 0 1 − 1 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
7 & 0 & -7 \\
0 & 1 &-1 \\
0 & 0 & 0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 7 0 0 0 1 0 − 7 − 1 0 ⎠ ⎞ R 1 = R 1 / 7 R_1=R_1/7 R 1 = R 1 /7
( 1 0 − 1 0 1 − 1 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
1 & 0 & -1 \\
0 & 1 &-1 \\
0 & 0 & 0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 1 0 0 0 1 0 − 1 − 1 0 ⎠ ⎞ If we take u 3 = t , u_3=t, u 3 = t , then u 1 = t , u 2 = t . u_1=t, u_2=t. u 1 = t , u 2 = t .
The eigenvector is u = ( 1 1 1 ) u=\begin{pmatrix}
1 \\
1 \\
1
\end{pmatrix} u = ⎝ ⎛ 1 1 1 ⎠ ⎞
λ = 0 \lambda
=0 λ = 0
A − λ I = ( 10 − 0 − 2 − 5 − 2 2 − 0 3 − 5 3 5 − 0 ) A-\lambda I=\begin{pmatrix}
10-0 & -2 & -5 \\
-2 & 2-0 & 3 \\
-5 & 3 & 5-0 \\
\end{pmatrix} A − λ I = ⎝ ⎛ 10 − 0 − 2 − 5 − 2 2 − 0 3 − 5 3 5 − 0 ⎠ ⎞
= ( 10 − 2 − 5 − 2 2 3 − 5 3 5 ) =\begin{pmatrix}
10 & -2 & -5 \\
-2 & 2 & 3 \\
-5 & 3 & 5 \\
\end{pmatrix} = ⎝ ⎛ 10 − 2 − 5 − 2 2 3 − 5 3 5 ⎠ ⎞ R 2 = R 2 + R 1 / 5 R_2=R_2+R_1/5 R 2 = R 2 + R 1 /5
( 10 − 2 − 5 0 8 / 5 2 − 5 3 5 ) \begin{pmatrix}
10 & -2 & -5 \\
0 & 8/5 &2 \\
-5 & 3 & 5 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 10 0 − 5 − 2 8/5 3 − 5 2 5 ⎠ ⎞ R 3 = R 3 + R 1 / 2 R_3=R_3+R_1/2 R 3 = R 3 + R 1 /2
( 10 − 2 − 5 0 8 / 5 2 0 2 5 / 2 ) \begin{pmatrix}
10 & -2 & -5 \\
0 & 8/5 &2 \\
0 & 2 & 5/2 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 10 0 0 − 2 8/5 2 − 5 2 5/2 ⎠ ⎞ R 3 = R 3 − 5 R 2 / 4 R_3=R_3-5R_2/4 R 3 = R 3 − 5 R 2 /4
( 10 − 2 − 5 0 8 / 5 2 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
10 & -2 & -5 \\
0 & 8/5 &2 \\
0 & 0 & 0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 10 0 0 − 2 8/5 0 − 5 2 0 ⎠ ⎞ R 2 = 5 R 2 / 8 R_2=5R_2/8 R 2 = 5 R 2 /8
( 10 − 2 − 5 0 1 5 / 4 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
10 & -2 & -5 \\
0 & 1 & 5/4 \\
0 & 0 & 0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 10 0 0 − 2 1 0 − 5 5/4 0 ⎠ ⎞ R 1 = R 1 + 2 R 2 R_1=R_1+2R_2 R 1 = R 1 + 2 R 2
( 10 0 − 5 / 2 0 1 5 / 4 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
10 & 0 & -5/2 \\
0 & 1 & 5/4 \\
0 & 0 & 0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 10 0 0 0 1 0 − 5/2 5/4 0 ⎠ ⎞ R 1 = R 1 / 10 R_1=R_1/10 R 1 = R 1 /10
( 1 0 − 1 / 4 0 1 5 / 4 0 0 0 ) \begin{pmatrix}
1 & 0 & -1/4 \\
0 & 1 & 5/4 \\
0 & 0 & 0 \\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 1 0 0 0 1 0 − 1/4 5/4 0 ⎠ ⎞ If we take w 3 = t , w_3=t, w 3 = t , then w 1 = 1 4 t , w 2 = − 5 4 t . w_1=\dfrac{1}{4}t, w_2=-\dfrac{5}{4}t. w 1 = 4 1 t , w 2 = − 4 5 t .
The eigenvector is u = ( 1 / 4 − 5 / 4 1 ) u=\begin{pmatrix}
1/4\\
-5/4\\
1
\end{pmatrix} u = ⎝ ⎛ 1/4 − 5/4 1 ⎠ ⎞
Form the matrix P P P
P = ( − 3 / 2 1 1 / 4 1 / 2 1 − 5 / 4 1 1 1 ) P=\begin{pmatrix}
-3/2 & 1 & 1/4 \\
1/2 & 1 & -5/4 \\
1 & 1 & 1
\end{pmatrix} P = ⎝ ⎛ − 3/2 1/2 1 1 1 1 1/4 − 5/4 1 ⎠ ⎞ Form the diagonal matrix D D D
D = ( 14 0 0 0 3 0 0 0 0 ) D=\begin{pmatrix}
14 & 0 & 0 \\
0 & 3 & 0 \\
0 & 0 & 0
\end{pmatrix} D = ⎝ ⎛ 14 0 0 0 3 0 0 0 0 ⎠ ⎞ The matrices P P P and D D D are such that the initial matrix
A = ( 10 − 2 − 5 − 2 2 3 − 5 3 5 ) = P D P − 1 A=\begin{pmatrix}
10 & -2 & -5 \\
-2 & 2 & 3 \\
-5 & 3 & 5 \\
\end{pmatrix}=PDP^{-1} A = ⎝ ⎛ 10 − 2 − 5 − 2 2 3 − 5 3 5 ⎠ ⎞ = P D P − 1
P = ( − 3 / 2 1 1 / 4 1 / 2 1 − 5 / 4 1 1 1 ) P=\begin{pmatrix}
-3/2 & 1 & 1/4 \\
1/2 & 1 & -5/4 \\
1 & 1 & 1
\end{pmatrix} P = ⎝ ⎛ − 3/2 1/2 1 1 1 1 1/4 − 5/4 1 ⎠ ⎞
D = ( 14 0 0 0 3 0 0 0 0 ) D=\begin{pmatrix}
14 & 0 & 0 \\
0 & 3 & 0 \\
0 & 0 & 0
\end{pmatrix} D = ⎝ ⎛ 14 0 0 0 3 0 0 0 0 ⎠ ⎞
Comments