设p都是n阶是对称矩阵,则p必有n个实特征值,这n个特征值不同
时间: 2024-04-03 20:34:54 浏览: 29
是的,设 $P$ 是 $n$ 阶对称矩阵,根据谱定理,$P$ 有 $n$ 个特征值,记为 $\lambda_1, \lambda_2, \cdots, \lambda_n$。由于 $P$ 是对称矩阵,所以它的特征值都是实数。因此,$P$ 有 $n$ 个实特征值。
接下来我们证明这 $n$ 个特征值是两两不同的。假设存在两个特征值 $\lambda_i$ 和 $\lambda_j$ 使得它们相等,即 $\lambda_i = \lambda_j$。那么,根据特征值的定义,存在非零向量 $\mathbf{v}_i$ 和 $\mathbf{v}_j$ 满足
$$
P \mathbf{v}_i = \lambda_i \mathbf{v}_i, \quad P \mathbf{v}_j = \lambda_j \mathbf{v}_j, \quad \lambda_i = \lambda_j
$$
由于 $P$ 是对称矩阵,所以 $\mathbf{v}_i$ 和 $\mathbf{v}_j$ 是正交的,即 $\mathbf{v}_i^T \mathbf{v}_j = 0$。那么,
$$
\begin{aligned}
(\mathbf{v}_i + \mathbf{v}_j)^T P (\mathbf{v}_i + \mathbf{v}_j) &= \mathbf{v}_i^T P \mathbf{v}_i + \mathbf{v}_i^T P \mathbf{v}_j + \mathbf{v}_j^T P \mathbf{v}_i + \mathbf{v}_j^T P \mathbf{v}_j \\
&= \lambda_i \mathbf{v}_i^T \mathbf{v}_i + \lambda_i \mathbf{v}_i^T \mathbf{v}_j + \lambda_j \mathbf{v}_j^T \mathbf{v}_i + \lambda_j \mathbf{v}_j^T \mathbf{v}_j \\
&= \lambda_i \|\mathbf{v}_i\|^2 + \lambda_j \|\mathbf{v}_j\|^2 \\
&= 2 \lambda_i \|\mathbf{v}_i\|^2 \\
&> 0
\end{aligned}
$$
因为 $\lambda_i > 0$ 且 $\mathbf{v}_i$ 非零,所以上式大于 $0$,与 $P$ 是对称矩阵矛盾。因此,假设不成立,即 $P$ 的 $n$ 个特征值两两不同。
因此,$P$ 有 $n$ 个不同的实特征值。