Квадратных матриц

Собственные значения матрицы.Собственными значениями (собственными числами) матрицы а называют значения скалярного параметра λ, для которых однородное уравнение

(18)

имеет отличные от нуля решения. Условие (18) означает, что линейное преобразование а u вектора u сводится лишь к его растяжению или сжатию λ u (без какого-либо поворота). Соблюдение равенства (18) для отличных от нуля u возможно в силу (15), (17), если определитель равен нулю

(19)

Уравнение (19), называемое характеристическим, содержит в левой части многочлен от λ степени m. Оно имеет вещественные или комплексные корни являющиеся собственными значениями матрицы а. Сумма корней равна коэффициенту при , иначе, сумме диагональных элементов матрицы а, называемой ее следом (по нем. – spur, по англ. – trace):

 

Произведение корней равно свободному члену уравнения, совпадающему с определителем матрицы:

 

Собственные значения, следы и определители матриц при транспонировании последних не изменяются. Собственные значения треугольных (диагональных в том числе) матриц равны их диагональным элементам.

Собственные векторы матриц. Собственным вектором (здесь вектор-столбцом) матрицы а, соответствующим собственному значению , называют вектор , удовлетворяющий уравнению (18) при . Поскольку собственные векторы определяются из(18) с точностью до произвольного множителя (в том числе комплексного) налагается дополнительное условие нормировки:

(20)

Пример 1. Пусть

 

Корни уравнения и являются собственными числами матрицы а, их сумма равна ее следу их произведение – ее определителю

В матричное равенство (18) подставляют поочередно , и Матричное равенство (18) распадается на два (эквивалентных в обоих случаях) скалярных. С учетом (20) можно найти:

 

 

 

Отсюда и

Окончательные выражения собственных векторов принимают вид

 

где и - произвольные фазовые множители. Векторы и ортогональны

 

Пример 2. Пусть

 

откуда собственные значения Скалярные составляющие векторов определяются так же, как и в примере 1, из (18), (20). Собственные векторы содержат только вещественные составляющие и взаимоортогональны:

Случай пучка (пары) квадратных матриц. Под пучком понимается пара матриц , одна из которых , по крайней мере, положительно определенная ( разд. 5). Собственные значения и собственные векторы пучка вводятся из видоизмененного уравнения 18):

Они используются при моноимпульсной пеленгации источников излучений на основе двух элементных антенных решеток или подрешеток.