A = ( 1 2 4 2 1 2 4 2 1 ) A=\begin{pmatrix}
1&2&4\\
2&1&2\\
4&2&1
\end{pmatrix} A = ⎝ ⎛ 1 2 4 2 1 2 4 2 1 ⎠ ⎞
The characteristic polynomial of this matrix is
P A ( λ ) = det ( A − λ I ) = det ( 1 − λ 2 4 2 1 − λ 2 4 2 1 − λ ) = P_A(\lambda)=\det(A-\lambda I)=\det\begin{pmatrix}
1-\lambda&2&4\\
2&1-\lambda&2\\
4&2&1-\lambda
\end{pmatrix}= P A ( λ ) = det ( A − λ I ) = det ⎝ ⎛ 1 − λ 2 4 2 1 − λ 2 4 2 1 − λ ⎠ ⎞ =
( 1 − λ ) 3 + 16 + 16 − 16 ( 1 − λ ) − 4 ( 1 − λ ) − 4 ( 1 − λ ) = (1-\lambda)^3+16+16-16(1-\lambda)-4(1-\lambda)-4(1-\lambda)= ( 1 − λ ) 3 + 16 + 16 − 16 ( 1 − λ ) − 4 ( 1 − λ ) − 4 ( 1 − λ ) =
( 1 − λ ) 3 − 24 ( 1 − λ ) + 32 (1-\lambda)^3-24(1-\lambda)+32 ( 1 − λ ) 3 − 24 ( 1 − λ ) + 32
By the Cayley - Hamilton theorem, it must be P A ( A ) = 0 P_A(A)=0 P A ( A ) = 0 . Let's verify this equality.
P A ( A ) = ( I − A ) 3 − 24 ( I − A ) + 32 I P_A(A)=(I-A)^3-24(I-A)+32I P A ( A ) = ( I − A ) 3 − 24 ( I − A ) + 32 I
I − A = ( 0 − 2 − 4 − 2 0 − 2 − 4 − 2 0 ) I-A=\begin{pmatrix}
0&-2&-4\\
-2&0&-2\\
-4&-2&0
\end{pmatrix} I − A = ⎝ ⎛ 0 − 2 − 4 − 2 0 − 2 − 4 − 2 0 ⎠ ⎞
( I − A ) 2 = ( 20 8 4 8 8 8 4 8 20 ) (I-A)^2=\begin{pmatrix}
20&8&4\\
8&8&8\\
4&8&20
\end{pmatrix} ( I − A ) 2 = ⎝ ⎛ 20 8 4 8 8 8 4 8 20 ⎠ ⎞
( I − A ) 3 = ( − 32 − 48 − 96 − 48 − 32 − 48 − 96 − 48 − 32 ) (I-A)^3=\begin{pmatrix}
-32 & -48 & -96\\
-48 & -32 & -48\\
-96 & -48 & -32
\end{pmatrix} ( I − A ) 3 = ⎝ ⎛ − 32 − 48 − 96 − 48 − 32 − 48 − 96 − 48 − 32 ⎠ ⎞
P A ( A ) = ( − 32 − 48 − 96 − 48 − 32 − 48 − 96 − 48 − 32 ) − 24 ( 0 − 2 − 4 − 2 0 − 2 − 4 − 2 0 ) + P_A(A)=\begin{pmatrix}
-32 & -48 & -96\\
-48 & -32 & -48\\
-96 & -48 & -32
\end{pmatrix}-
24\begin{pmatrix}
0&-2&-4\\
-2&0&-2\\
-4&-2&0
\end{pmatrix}+ P A ( A ) = ⎝ ⎛ − 32 − 48 − 96 − 48 − 32 − 48 − 96 − 48 − 32 ⎠ ⎞ − 24 ⎝ ⎛ 0 − 2 − 4 − 2 0 − 2 − 4 − 2 0 ⎠ ⎞ +
+ ( 32 0 0 0 32 0 0 0 32 ) = ( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ) +\begin{pmatrix}
32&0&0\\
0&32&0\\
0&0&32
\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}
0&0&0\\
0&0&0\\
0&0&0
\end{pmatrix} + ⎝ ⎛ 32 0 0 0 32 0 0 0 32 ⎠ ⎞ = ⎝ ⎛ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ⎠ ⎞
As we can see, the Cayley - Hamilton equality is true.
Comments