Как вычислить собственные значения

Концепция чего-либособственные значениянеясен, но очень удобен для математиков и физиков, сталкивающихся с некоторыми интересными проблемами.

Чтобы понять собственное значение, представьте, что у вас есть функция (например,у​ = ​Икс2 + 6​Икс, или жеу= журнал 4Икс), который вы могли бы выполнить через какой-то процесс, чтобы результат был таким же, как при умножении всей функции на постоянное значение. Такая функция будет квалифицироваться каксобственная функция, а константа будет собственным значением.

  • «Eigen» в переводе с немецкого означает «то же самое».

Чтобы лучше понять собственные значения и собственные функции, а также уметь вычислять собственные значения, вам необходимо базовое понимание матриц. Эти математические приемы используются, чтобы определить, скажем, порядок облигаций NO.2 (диоксид азота) и другие молекулы, потому что поведение электронов в атомах определяется волновыми функциями, которые квалифицируются как собственные.

Что такое матрица?

Матрица - это массив чисел, упорядоченных по строкам и столбцам, которые могут быть от 1 до

instagram story viewer
п. Размеры матриц даны построчно; например, это матрица 2 на 3:

\ begin {bmatrix} 3 & 0 & 4 \\ 1 & 3 & 5 \\ \ end {bmatrix}

Матрицы можно складывать вместе, если они одного размера (т. Е. Имеют одинаковое количество строк и одинаковое количество столбцов). Их также можно перемножать пошагово при тех же условиях. Кроме того, любую матрицу можно умножить на вектор, который является размером 1 напили жепматрица размером 1; это включает и другие векторы.

Что такое уравнение на собственные значения?

Скажите, что у вас естьп-от-пили "квадратная" матрицаА, ненулевойп-by-1 векторv, и скалярλ, такое, что выполняется следующее уравнение:

\ bold {Av} = λ \ bold {v}

Любое значениеλдля которого это уравнение имеет решение, называется собственным значением матрицыА​.

Не позволяйте своему разуму относиться к приведенным выше выражениям как к продукту.Аявляетсяоператорна или линейное преобразование вектораv, это вычисление возможно только потому, чтоАа такжеvкак естьпряды.

Зачем использовать функции собственных значений?

Вывод сложен, но в атомной химии оператор Гамильтона "H-bar" используется для выражения кинетической и потенциальной энергии системы:

\ hat H = - \ dfrac {ℏ} {2m} ∇ ^ 2 + \ hat V (x, y, z)

Это используется для записи формыУравнение волновой функции Шредингерав квантовой механике:

\ hat Hψ (x, y, z) = Eψ (x, y, z)

ЗдесьEпредставляет собственные значения, удовлетворяющие этому уравнению.

Способы нахождения собственных значений матрицы

Из уравнения Av = λv получаемА​ ​v​ − λ​v=0. Это ведет к:

\ bold {A v} - λ (\ bold {I v}) = 0

Гдеяпредставляет собой единичную матрицу 2 на 2 со строками [λ0] и [0λ], что приводит к 1 при умножении на скалярλ. Этот результат дает:

(\ bold {A} - λ \ bold {I}) \ bold {v} = 0

Что еслиvотличен от нуля, имеет решение только в том случае, если абсолютное значениеА​− ​λ​​я, или |А​ − ​λ​​я|, равно нулю. Если вы сделаете это вручную, это потребует решения квадратного уравнения и может быть утомительным.

Чтобы умножить две матрицы вместе, для каждой точки в матрице продукта вы умножаете соответствующие точки вместе. и добавьте это к продуктам оставшихся элементов строки и столбца в строке и столбце, к которым новая точка принадлежит.

При умножении двух матриц 2 на 2Аа такжеBвместе, если первый рядАэто [1 3], а первый столбецBравно [2 5], число в первом столбце и строке новой матрицы будет [(1 × 2) + (3 × 5)] = 15, и, соответственно, для остальных трех точек.

Вычислить собственные значения онлайн 

В разделе «Ресурсы» вы найдете инструмент вычисления матриц, который позволяет вам находить собственные значения и многое другое для матрицы практически любого мыслимого размера.

Teachs.ru
  • Доля
instagram viewer