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正交矩阵的特征值一定是正负1吗?

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我们教材说是的,而且给出证明:
设Ax=λx,则 x转置*A转置=(Ax)转置=λx转置
加之A转置=A逆,于是
x转置*x= x转置*(A逆*A)*x
= (x转置*A转置)*(Ax)
= λ平方*x转置*x
所以 λ平方=1
故 λ=正负1
问题来了,有如下反例:
矩阵A=(0 -1
1 0)容易验证是正交矩阵,但是
我们可以拿特征多项式去算,算出来是正负i
正i对应的特征向量是(i 1)转置,
负i对应的特征向量是(-i 1)转置。
验算了一下好像没毛病来着……


来自iPhone客户端1楼2019-01-21 18:46回复
    不对. 正交矩阵的 *实* 特征值才是 ±1.


    IP属地:安徽来自Android客户端2楼2019-01-21 18:53
    回复(7)
      2025-09-09 10:57:09
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      错不在那里. 移项知 (λ² - 1) x^T x = 0. 如果已知 x 是实向量, 而且特征向量认为不是 0 向量, 那么必有 x^T x > 0, 从而可以有 λ^2 = 1, λ=±1. 如果只知道 x 是复向量, 则非 0 向量 x 使得 x^T x = 0, 比如 2 维的 [1, i], 那这样就不能断言 λ² = 1.
      我估计你的教材默认 特征值 只能是矩阵元素所在数域的数, 所以正交矩阵的特征值要么没有, 要有只可能是 ±1.


      IP属地:安徽来自Android客户端3楼2019-01-21 19:05
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        正交矩阵的特征值只是模长为1,换言之,正交矩阵的实特征值为±1


        IP属地:湖北来自Android客户端4楼2019-01-26 13:16
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