1. 程式人生 > >任意n階矩陣與對角矩陣相似的充要條件是有n個線性無關的特徵向量

任意n階矩陣與對角矩陣相似的充要條件是有n個線性無關的特徵向量

證明:

充分性

取n階矩陣A的特徵值,相對應的特徵向量線性無關,

即有:

$Ax_i=\lambda_ix_i \ i=1,2,...,n $

$P=(x_1,x_2,...,x_n) $,則P非奇異

$AP=A(x_1,x_2,...x_n)=(\lambda_1x_1,\lambda_2x_2,...,\lambda_nx_n)=(x_1,x_2,...x_n) \begin{bmatrix} \lambda_1 & 0 & ... & 0 \\ 0 &\lambda_2 & ... & 0 \\ ... & ... & ... & ... \\ 0 & 0 &...& \lambda_n \end{bmatrix} =Pdiag(\lambda_1,\lambda_2,...,\lambda_n)$

所以 等式兩邊同時左乘可得

$P^{-1}AP=diag(\lambda_1,\lambda_2,...,\lambda_n) $

必要性

取n階矩陣A與對角矩陣相似,則存在非奇異矩陣使

$P^{-1}AP=diag(\lambda_1,\lambda_2,...,\lambda_n) $

等式兩邊同時左乘P可得

$AP=Pdiag(\lambda_1,\lambda_2,....,\lambda_n) $

$(Ax_1,Ax_2,...,Ax_n)=(\lambda_1x_1,\lambda_2x_2,...,\lambda_nx_n) $

所以

$Ax_i=\lambda_ix_i \ \ i=1,2,...,n $

因此,P的列向量就是其特徵值λi對應的特徵向量,由於P非奇異,x_1,x_2,...,x_n線性無關。