Lineare Algebra: Eigenwertprobleme: Eigenwerte und Eigenvektoren

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Definition

Sei V ein Vektorraum über einem Körper K und sei F:VV ein Endomorphismus. Dann heißt λK Eigenwert von F genau dann, wenn es ein xV mit x0 gibt, so dass F(x)=λx. Dann heißt x Eigenvektor von F zum Eigenwert λ. Die Menge Eig(F,λ) aller xV, die die Gleichung F(x)=λx Erfüllen, heißt Eigenraum von F zum Eigenwert λ.

Analog definiert man Eigenwerte, Eigenvektoren und Eigenräume quadratischer Matrizen, indem man diese vermöge der Multiplikation als Endomorphismen des Kn×n auffasst.

Offensichtlich sind Eigenräume Unterräume, denn für αK und v,wEig(F,λ) gilt auch:

  • F(v+w)=F(v)+F(w)=λv+λw=λ(v+w), also v+wEig(F,λ)
  • F(αx)=αF(x)=αλx=λ(αx), also αxEig(F,λ)

Berechnung der Eigenwerte

Nun stellt sich die Frage, wie man die Eigenwerte berechnet. Sprich es ist eine Lösung der Gleichung F(x)=λx gesucht.
F(x)=λx
(Fλid)x=0 det(Fλid)=0
Nun erkennt man, dass die Eigenwertbestimmung auf die Berechnung einer Determinanten zurückgeführt wurde. Genauer gesagt, muss man die Nullstellen des Charakteristischen Polynoms berechen:
P(λ)=(1)nλn+(1)n1spur(F)λn1++det(A)λ0

Um die Eigenvektoren zu einem Eigenwert, also den Eigenraum Eig(F,λ) zu bestimmen, berechnet man Ker(Fλid) .