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固有空間の基底はどんなとり方をししても必ずその固有値に対する固有ベクトルって訳じゃないですよね?

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回答(3件)

. . 固有空間の基底 線形写像Tの表現行列をA、その固有値の1つをα、 (固有空間の次元を1とします。) その固有値αの対する固有ベクトルを、v↑≠0↑とします。 定義より、Av↑=αv↑ k≠0となるスカラーを選んで、kv↑を考えると、 A(kv↑)=k(Av↑)=k(αv↑)=α(kv↑)となるので、 定義より、kv↑も固有ベクトルになります。 v↑とkv↑は1次従属です。 αに対する固有空間の基底は、いろいろな選び方はありますが、 (固有空間の次元が1のときは。) どの2つを選んでも、常に1次従属です。 固有値βに対する固有ベクトルを、u↑,w↑とします。 (固有空間の次元を2とします。) ただし、当たり前ですが、u↑,w↑は1次独立とします。 ℓ≠0,m≠0となるスカラーを選んで、ℓu↑+mw↑≠0を考えると、 A(ℓu↑+mw↑)=A(ℓu↑)+A(mw↑) =ℓAu↑+mAw↑=ℓβu↑+mβw↑=β(ℓu↑+mw↑) ℓu↑+mw↑も固有ベクトルです。 固有ベクトルの集合から、3つのベクトルを、 (固有空間の次元が2であることに注意してください。) どんなに上手に選んでも、必ず1次従属になります。 2つのベクトルを、上手に選べば、1次独立なベクトルが選べて、 それが、固有空間の基底です。 A君が求めた、基底を、a↑,b↑とし、 F君が求めた、基底を、c↑,d↑とすると、 c↑=a↑とb↑の1次結合 d↑=a↑とb↑の1次結合 逆に、 a↑=c↑とd↑の1次結合 b↑=c↑とd↑の1次結合 と必ず表せます。(A君、F君に計算ミスがない限りは。m(__)m) 以上のような内容ののことを、AIさんは、主張している思われます。(^^♪ . . ℤℚℝℂ

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固有空間は、特定の固有値に対応する固有ベクトルの集合から成ります。固有空間の基底は、その固有値に対する固有ベクトルを用いて構成されますが、基底の選び方は一意ではありません。異なる基底を選んでも、同じ固有空間を表現できます。したがって、固有空間の基底は必ずしも特定の固有ベクトルに限られず、線形独立なベクトルの組み合わせであれば問題ありません。

AIアイコンClaude 3(Anthropic)

はい、その通りです。固有空間の基底は、必ずしもその固有値に対する固有ベクトルとは限りません。 固有空間の基底は、その固有空間に属するベクトルの線形組み合わせで表される任意のベクトルの集合です。つまり、固有値に対応する固有ベクトルだけでなく、それらの線形組み合わせによって生成される空間の基底ベクトルを選ぶことができます。 固有ベクトルは固有空間の一つの基底を与えますが、基底の選び方は一意ではありません。固有空間内の任意のベクトルの線形組み合わせで表される別のベクトル集合を基底として選ぶこともできます。

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