| English | 意味 |
|---|---|
| stretch/stretʃ/ | 伸長 |
| eigenvector/ˈaɪdʒənvektə/ | 固有ベクトル |
| eigenvalue/ˈaɪdʒənvæljuː/ | 固有値 |
| diagonalisation/daɪˌæɡənəlaɪˈzeɪʃn/ | 対角化 |
| matrix equation/ˈmeɪtrɪks ɪˈkweɪʒn/ | 行列方程式 |
| characteristic equation/ˌkærɪktəˈrɪstɪk ɪˈkweɪʒn/ | 特性方程式 |
| scalar/ˈskeɪlə/ | スカラー |
| diagonal matrix/daɪˈæɡənl ˈmeɪtrɪks/ | 対角行列 |
The hidden directions in a matrix
- Every matrix transforms space. Some directions are special: the matrix only stretches 拉伸 them, without rotating. These are the eigenvectors 特征向量, and the stretch factors are the eigenvalues 特征值.
- Eigenvalues unlock the structure of a matrix — they're the key to diagonalisation 对角化, stability analysis, and Google's PageRank algorithm.
Matrix equations 矩阵方程
- Three linear equations in three unknowns → a matrix equation $A\mathbf{x} = \mathbf{b}$. A non-singular $A$ gives one unique solution: $\mathbf{x} = A^{-1}\mathbf{b}$.
Worked example. $\begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 3 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 5 \\ 7 \end{pmatrix}$. Solving: $2x + y = 5$ and $x + 3y = 7$. Solution: $x = \dfrac{8}{5}$, $y = \dfrac{9}{5}$.

An eigenvector keeps its direction under the matrix; a general vector is turned
行列(Further Pure 2)
(x', y') = M(x, y)
回転、反射、せん断変形はすべて行列であり、変換された基底ベクトルから読み取ることができる。
Eigenvalues and eigenvectors
- The characteristic equation 特征方程 $\det(A - \lambda I) = 0$ gives the eigenvalues $\lambda$.
- For each $\lambda$, the eigenvector $\mathbf{v}$ satisfies $A\mathbf{v} = \lambda\mathbf{v}$.
- Multiplying an eigenvector by $A$ only stretches it (by factor $\lambda$), without changing its direction.
Eigenvectors are not unique. If $\mathbf{v}$ is an eigenvector, so is $k\mathbf{v}$ for any non-zero scalar 标量 $k$. We usually choose the simplest form (smallest integers).
行列 [[2,1],[1,2]] の固有方程式は (2−λ)² − 1 = 0 であり、λ = 1 または λ = 3 が得られる。大きな固有値は何か?
難易度 2/5 · 140 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
(2−λ)² = 1 → 2−λ = ±1 → λ = 1 または 3;大きい方は 3 である。
行列 A の固有値を求めるには、次の方程を解く必要がある:
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
固有方程式 det(A − λI) = 0 を解くと固有値が得られる。
固有ベクトルに A を掛けると、そのベクトルが伸びるだけである(Av = λv)。
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
固有ベクトルの向きは変わらず、A は固有値 λ によってスケールするだけである。
v が A の固有ベクトルであれば、2v もまた A の固有ベクトルである。
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
固有ベクトルは一意ではない。固有ベクトルの非ゼロな定数倍もまた固有ベクトルである。
Diagonalisation
- You can write $A = QDQ^{-1}$, where $D$ is a diagonal matrix 对角矩阵 of eigenvalues and the columns of $Q$ are the eigenvectors.
- This makes computing $A^n$ easy: $A^n = QD^nQ^{-1}$, and $D^n$ is just the diagonal entries raised to the $n$th power.
対角化 A = QDQ⁻¹ において、行列 D には以下内容が含まれる:
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
D は対角行列であり、その主対角成分に A の固有値が並んでいる。
A = QDQ⁻¹ ならば、A³ = QD³Q⁻¹ となる。D の対角成分が 1 と 3 なら、D³ の対角成分は 1 と ? である。
難易度 2/5 · 140 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
D³ の対角成分は 1³ = 1 および 3³ = 27 である。
Worked example
- $A = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 2 \end{pmatrix}$. Characteristic equation: $(2-\lambda)^2 - 1 = 0 \Rightarrow \lambda^2 - 4\lambda + 3 = 0 \Rightarrow \lambda = 1$ or $3$.
- For $\lambda = 1$: eigenvector $\begin{pmatrix} 1 \\ -1 \end{pmatrix}$. For $\lambda = 3$: eigenvector $\begin{pmatrix} 1 \\ 1 \end{pmatrix}$.
- A matrix with zero determinant has a singularity (it is singular and has no inverse).
You've got it
- eigenvalues solve $\det(A - \lambda I) = 0$; eigenvectors satisfy $A\mathbf{v} = \lambda\mathbf{v}$
- multiplying an eigenvector by $A$ only stretches it
- diagonalise: $A = QDQ^{-1}$ (D = eigenvalues, Q's columns = eigenvectors)