特徵值之積等於矩陣行列式 特徵值之和等於矩陣的跡

2022-01-24 01:08:14 字數 1291 閱讀 5145

對於$n$階方陣$a$,我們可以解$\lambda$的$n$次方程

$|a-\lambda e|=0$

來求$a$的特徵值。又因為在複數域內,$a$一定存在$n$個特徵值$\lambda_1,\lambda_2...\lambda_n$使上式成立。因此作為$\lambda$的$n$次多項式,$|a-\lambda e|$可以寫成:

$\begin|a-\lambda e|=(\lambda_1-\lambda)(\lambda_2-\lambda)...(\lambda_n-\lambda)\label{}\end$

當$\lambda=0$時,上式變為:

$|a| = \lambda_1...\lambda_n$

得出結論。 

為了找到特徵值之和,首先將$(1)$式展開:

$ \begin \begin &|a-\lambda e|\\ =&(\lambda_1-\lambda)(\lambda_2-\lambda)...(\lambda_n-\lambda)\\ =&\prod\limits_^n\lambda_i +\dots +\sum\limits_^n\lambda_i(-\lambda)^ +(-\lambda)^n \end \label{}\end $

我們可以發現,上式中只有倒數第二項,$\lambda$的$n-1$次項包含所有特徵值的和。

對於行列式$|a-\lambda e|$來說,我們怎樣才能獲得這一項呢?從行列式定義的角度看,計算行列式是對所有非同行同列元素之積求和,我們不可能取$n-1$個對角線元素和乙個非對角線元素來進行乘積操作,非對角線元素最少都要取二個,所以只有$|a-\lambda e|$全部對角線元素的乘積,才能獲得$\lambda$至少$n-1$次的項。將$|a-\lambda e|$展開:

$ \begin  \begin &|a-\lambda e|\\ =&\dots-\sum\limits_^\sum\limits_^na_a_\prod\limits_^n(a_-\lambda)+\prod\limits_^n(a_-\lambda)\\ =&\dots-\sum\limits_^\sum\limits_^na_a_\prod\limits_^n(a_-\lambda)+ \prod\limits_^na_ +\dots +\sum\limits_^na_(-\lambda)^ +(-\lambda)^n \end \label{}\end $

將$(3)$式與$(2)$式的$\lambda^$項的引數取等:

$\displaystyle\sum\limits_^n\lambda_i(-\lambda)^ = \sum\limits_^na_(-\lambda)^$

得出結論。 

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