Charakteristisches Polynom

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Inhaltsverzeichnis

Vorraussetzungen

Man sollte mit den Begriffen Matrix, Determinante und evlt. lineare Abbildung etwas anfangen können

Sinn und Zweck

Die Nullstellen des charakteristischen Polynoms einer linearen Abbildung sind deren Eigenwerte. Man benötigt es also meistens um Eigenwerte zu bestimmen und den jeweils zugehörigen Eigenvektorraum. Mit diesen kann man dann die Matrix diagonalisieren zB. um hohe Potenzen einer Matrix mit geringem Aufwand zu bestimmen.

Definition

Das Charakteristische Polynom χA einer Matrix A \in K^{nxn} ist definiert als \chi_A=\text{det}(x\cdot E_n-A), wobei det die Determinante und En die n-dimensionale Einheitsmatrix bezeichnet.

Ähnliche Matrizen haben stets das gleiche charakteristische Polynom, es gilt also \chi_A = \chi_{TAT^{-1}}\,\, \forall\, T \in GL_n(K)

Daraus folgt: Wenn φ eine lineare Abbildung ist, dann ist das charakteristische Polynom jeder Abbildungsmatrix von φ gleich. Deshalb ist das charakteristische Polynom einer linearen Abbildung \chi_{\phi} = \chi_{M_{\phi}} \text{wenn} M_{\phi} eine Abbildungsmatrix von φ ist.

Beispiel: Das Charakteristische Polynom einer 2x2 Matrix

Sei  A \in K^{3x3} = \left(\begin{matrix}2&0\\3&2\end{matrix}\right) so ist \chi_A=\text{det}(x\cdot E_n-A)=\text{det}\left( x\cdot\left(\begin{matrix}1&0\\0&1\end{matrix}\right) - \left(\begin{matrix}2&0\\3&2\end{matrix}\right) \right) = \text{det}\left( \left(\begin{matrix}x-2&0\\-3&x-2\end{matrix}\right) \right) = (x-2)^2

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