高考数学 第十四章 第三节 特征值与特征向量及矩阵的简单应用课件 理 苏教版.ppt

第三节特征值与特征向量及矩阵的简单应用 1 特征值与特征向量对于二阶矩阵a 要使实数 成为它的一个特征值 必须满足条件 存在一个非零向量 使得 非零向量称为a的属于特征值 的一个特征向量的条件是 从几何观点分析 特征向量的方向经过变换矩阵a的作用后 与原向量保持在同一直线上 0方向 0方向 0 特征向量就被变换成 零向量 相 反 不变 设是一个二阶矩阵 r 则a的特征多项式为 f 2 矩阵m的n次变换对于二阶矩阵m 它的特征值分别为 1和 2 其对应的特征向量分别为和 两者不共线 则当任一向量时 2 a d ad bc 判断下面结论是否正确 请在括号中打 或 1 任意向量都可以作为特征向量 2 矩阵a的属于特征值 的特征向量是惟一的 3 每一个二阶矩阵都有特征值及特征向量 4 矩阵a的属于特征值 的特征向量共线 5 矩阵a的特征向量分别为 1 2 任意非零向量 均可以用 1 2表示 解析 1 错误 特征向量必须是非零向量 2 错误 矩阵a的属于特征值 的特征向量有无数个 3 错误 如矩阵就没有特征值 也就没有特征向量 4 正确 若 是矩阵a的特征向量 则k k 0 都是矩阵a的特征向量 显然是共线向量 5 正确 都可以表示为 其中t1 t2为实数 的形式 答案 1 2 3 4 5 考向1二阶矩阵的特征值与特征向量的求法 典例1 2012 江苏高考 已知矩阵a的逆矩阵a 1 求矩阵a的特征值 思路点拨 由矩阵a的逆矩阵 根据定义可求出矩阵a 从而求出矩阵a的特征值 规范解答 a 1a e a a 1 1 矩阵a的特征多项式为令f 0 解得矩阵a的特征值 1 1 2 4 互动探究 在本题中 改为求矩阵a的特征向量 解析 设矩阵a的特征向量为当 1时 即得x y 0 所以矩阵a的属于特征值 1的一个特征向量为当 4时 即得2x 3y 所以矩阵a的属于特征值4的一个特征向量为 拓展提升 求一个矩阵的特征值和特征向量的步骤 1 根据条件写出此矩阵的特征多项式f 2 令f 0得特征值 3 根据特征向量的定义 得二元一次方程组 求得x y间的关系式 取其一组特殊值 得之 变式备选 已知二阶矩阵m有特征值 8及对应的一个特征向量并且矩阵m对应的变换将点 1 2 变换成 2 4 1 求矩阵m 2 求矩阵m的另一个特征值及对应的一个特征向量e2的坐标之间的关系 解析 1 设则故又即联立以上两方程组解得a 6 b 2 c 4 d 4 故 2 由 1 知 矩阵m的特征多项式为f 6 4 8 2 10 16 故其另一个特征值为 2 设矩阵m的另一个特征向量则所以所以矩阵m的另一个特征值对应的特征向量的坐标之间的关系是2x y 0 考向2二阶矩阵的简单应用 典例2 设p q为实数 是方程x2 px q 0的两个实根 数列 xn 满足x1 p x2 p2 q xn pxn 1 qxn 2 n 3 4 试用 表示数列 xn 的通项公式 思路点拨 为了探求该数列的通项 我们可以引入辅助数列 yn 利用向量与之间的特征值 求出数列 xn 的通项公式 规范解答 构造新数列 yn 令y1 1 yn xn 1 n 2 n n 则xn pxn 1 qyn 1 从而得转移矩阵m的特征多项式为令f 0 当 时 矩阵的特征值为 代入二元一次方程 x y 0得对应的一个特征向量分别为设则且 p 解之得 由得即特别地 当 时 综上所述 拓展提升 矩阵的作用与应用一个矩阵是一张由数据 或字母 排列成的表 它能把原本纷繁复杂的事物或数学对象的数学规律简单明了地表示出来 使人一目了然 同时对矩阵施行某些运算 则可以使我们看清事物之间或对象之间蕴含的数学规律 矩阵的简单应用包括生产问题 图论问题 信息学问题 数列问题 变式训练 斐波那契数列 an 满足a1 a2 1 an an 1 an 2 n 3 n n 试求其通项公式 解析 设b1 0 bn an 1 n 2 n n 则an an 1 bn 1 于是向量之间满足所得转移矩阵为m的特征多项式为 故特征值为代入二元一次方程 x y 0得对应的一个特征向量分别为设则解之得 从而从而得即 1 已知矩阵求矩阵m的特征值及其相应的特征向量 解析 矩阵m的特征多项式为令f 0 解得 1 1 2 2 将 1 1代入二元一次方程组解得x 0 y可取任意值 矩阵m属于1的一个特征向量可以为同理矩阵m属于2的一个特征向量可以为 2 2013 苏州模拟 已知二阶矩阵a有特征值 1 3及其对应的一个特征向量特征值 2 1及其对应的一个特征向量求矩阵a的逆矩阵a 1 解析 设二阶矩阵则有且即且解得a 1 b 2 c 2 d 1 从而 3 2013 苏州模拟 求矩阵的特征值和特征向量 解析 f 1 6 8 2 5 14 7 2 由f 0可得 1 7 2 2 由可得所以属于 1 7的一个特征向量为由可得所以属于 2 2的一个特征向量为 4 已知矩阵其中a r 若点p 1 2 在矩阵m的变换下得到点p 4 0 1 求实数a的值 2 求矩阵m的特征值及其对应的特征向量 解析 1 由得2 2a 4 a 3 2 由 1 知则矩阵m的特征多项式为令f 0 得矩阵m的特征值为 1或4 当 1时 x y 0 矩阵m的属于特征值 1的一个特征向量为 当 4时 2x 3y 0 矩阵m的属于特征值4的一个特征向量为 5 2013 扬州模拟 设m是把坐标平面上的点的横坐标伸长到2倍 纵坐标伸长到3倍的伸压变换 1 求矩阵m的特征值及相应的特征向量 2 求逆矩阵m 1以及椭圆在m 1的作用下的新曲线的方程 解析 1 由条件得矩阵它的特征值为2和3 对应的一个特征向量分别为及 2 椭圆在m 1的作用下的新曲线的方程为x2 y2 1 6 已知矩阵向量 1 求a的特征值 1 2和对应的特征向量 2 计算的值 解析 1 矩阵a的特征多项式为由f 0 解得 1 2 2 3 当 1 2时 解得当 2 3时 解得 2 由得解得m 3 n 1 则 7 已知矩阵若矩阵a属于特征值6的一个特征向量为属于特征值1的一个特征向量为求矩阵a 并写出a的逆矩阵 解析 由矩阵a属于特征值6的一个特征向量为可得即c d 6 由矩阵a属于特征值1的一个特征向量为可得即3c 2d 2 解得即a的逆矩阵是 8 对任意