特征多项式

更新时间:2024-09-02 14:01

对于求解线性递推数列,我们还经常使用生成函数法,而对于常系数线性递推数列,其生成函数是一个有理分式,其分母即特征多项式。

定义

设为域(例如实数或复数域),对布于上的 矩阵,定义其特征多项式为

这是一个n次多项式,其首项系数为一。

一般而言,对布于任何交换环上的方阵都能定义特征多项式。

要理解特征多项式,首先需要了解一下特征值与特征向量,这些都是联系在一起的:

设A是n阶矩阵,如果数λ和n维非零列向量x使得关系式Ax=λx成立,那么,这样的数λ就称为方阵A的特征值,非零向量x称为A对应于特征值λ的特征向量

然后,我们也就可以对关系式进行变换:(A-λE)x=0 其中E为单位矩阵。这是n个未知数n个方程齐次线性方程组,它有非零解充要条件系数行列式为0,即|A-λE|=0。带入具体的数字或者符号,可以看出该式是以λ为未知数的一元n次方程,称为方阵A的特征方程,左端 |A-λE|是λ的n次多项式,也称为方阵A的特征多项式。

解法

1、把|λE-A|的各行(或各列)加起来,若相等,则把相等的部分提出来(一次因式)后,剩下的部分是二次多项式,肯定可以分解因式。

2、把|λE-A|的某一行(或某一列)中不含λ的两个元素之一化为零,往往会出现公因子,提出来,剩下的又是一二次多项式。

3、试根法分解因式。

性质

当A为上三角矩阵(或下三角矩阵)时,,其中 是主对角线上的元素。

对于二阶方阵,特征多项式能表为。一般而言,若 ,则 。

此外:

(1)特征多项式在基变更下不变:若存在可逆方阵 C使得,则。

(2)对任意两方阵,有。一般而言,若A为矩阵,B 为矩阵(设 ),则。

(3)凯莱-哈密顿定理:。

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