Matteo Moda Geometria e algebra lineare Autovalori e autovettori

Matteo Moda
Geometria e algebra lineare Autovalori e autovettori
Autovalori ed autovettori
 Sia T un endomorfismo di uno spazio vettoriale V sul campo K. Uno scalare q appartenente a K si
dice autovalore di T se esiste un vettore non nullo
L’insieme degli autovalori si dice spettro di T (sp(T)).
Se A è una matrice quadrata in Mn(K), chiameremo autovalori e autovettori di A gli autovettori e gli
autovalori dell’endemorfismo di Kn definito da A, cioè x si dirà autovettore di A se e solo se: Ax=qx .
 Teorema: Un endomorfismo T di uno spazio Vn(K) ha una matrice associata diagonale se e solo se
Vn(K) ha una base costituita da autovettori di T
Dimostrazione
MB(T)=D= diag(d1,…)
B=(v1,….)
T(v1)=d1v1 con d1 autovalore e v1 autovettore
T(vi)=divi
 Endomorfismi diagonalizzabili: T è diagonalizzabile se e solo se ha una matrice associata diagonale.
Una matrice A sarà detta diagonalizzabile per similitudine se e solo se è simile a una matrice
diagonale.
Esempi:
1. Tϑ Rotazione intorno a retta r. Se:
 Sp(Tϑ)={-1,…,1} con ϑ=Kπ (k dispari)
 Sp(Tϑ)=1 con ϑ= Kπ (k pari)
È diagonalizzabile. Invece in altri casi non è diagonalizzabile (es Sp(Tϑ)=1), cioè esistono
degli autovettori, ma non sono sufficienti a formare una base
2. Tϑ Rotazione rispetto all’origine( es.
)
Se ϑ =k=kπ allora:
 Per k dispari sp(Tϑ)=-1 ->
 Per k pari sp(Tϑ)=1->
Se
Caso 1
3. V= Rn[x] polinomi di grado << n
1,x,x2,…,xn sono indipendenti
T(f)=f’
dim V= n+1
Matteo Moda
Geometria e algebra lineare Autovalori e autovettori
T(f)=qf q=0 se spettro
T(f)=0f=0
Sp(Tf)=0

Autospazio: Sia q autovalore di T. L’insieme
Il nucleo N(T-q idv) è autospazio se e solo se contiene vettori non nulli, cioè se l’endomorfismo T-q
idv non è iniettivo

Sia T: V->V lineare. Se v1,…,vn sono autovettori
di T corrispondenti ad autovalori distinti q1,…,qn, allora v1,…,vn sono linearmente indipendenti

Se V ha una dimensione finita n, allora T ha al
più n autovalori distinti. Scegliendo n autovettori distinti agli auto valori distinti si ottiene una base,
e quindi T è diagonalizzabile.

Teorema: Le seguenti condizioni sono
equivalenti:
Lo scalare q appartenente a K è autovalore
di T

Polinomio caratteristico: Il polinomio nella
variabile q:
Considero E(q) l’autospazio relativo a q. Sappiamo che:
dim E(q)+dim Im(T)=n
dim E(q)=n-rg(A-qI)
ma(q) è la molteplicità algebrica di q, mentre mg(q) è la molteplicità geometrica. Si può dimostrare
che
 Teorema: T è diagonalizzabile se e solo se
 Teorema: Dato un polinomio
Il teorema non vale per i numeri Reali
 Molteplicità di una radice r di f(x):