LA 101
M04 · L02
الوحدة 4: القيم الذاتية

إيجاد المتجهات الذاتية

وجدت القيم الذاتية. الآن لكل منها، حلّ (A − λI)v = 0 لإيجاد الاتجاهات الخاصة — المتجهات الذاتية التي تُولّد الفضاء الذاتي.

01 / 11
LA 101
M04 · L02
الفضاء الذاتي

الفضاء الصفري لـ (A − λI)

الفضاء الذاتي E_λ هو جميع حلول (A − λI)v = 0. هو فضاء جزئي — يتضمن الصفر دائمًا، لكن المتجهات الذاتية هي العناصر الغير صفرية.

Eigenspace
E_{\lambda}=\ker(A-\lambda I)
02 / 11
LA 101
M04 · L02
الإجراء

أربع خطوات للمتجهات الذاتية

  • اكوِّن (A − λI): اطرح λ من القطر
  • حوّل صفيًا إلى RREF — ستحصل دائمًا على متغير حر واحد على الأقل
  • عبّر عن متغيرات المحور بدلالة المتغيرات الحرة
  • كل متغير حر ← متجه ذاتي أساسي واحد
03 / 11
LA 101
M04 · L02
مثال: A = [[3,1],[0,2]]

المتجهات الذاتية لـ λ = 3

A − 3I
[[0, 1], [0, −1]] → اختزال → [[0, 1], [0, 0]]
الحل
x₂ = 0, x₁ حر → v₁ = [1, 0]ᵀ
Eigenspace E₃
E_3=\text{span}\left\{\begin{bmatrix}1\\0\end{bmatrix}\right\}
04 / 11
LA 101
M04 · L02
مثال: A = [[3,1],[0,2]]

المتجهات الذاتية لـ λ = 2

A − 2I
[[1, 1], [0, 0]] → x₁ = −x₂
الحل
x₂ حر → v₂ = [−1, 1]ᵀ
Eigenspace E₂
E_2=\text{span}\left\{\begin{bmatrix}-1\\1\end{bmatrix}\right\}
05 / 11
LA 101
M04 · L02
التعددية الهندسية

كم عدد الاتجاهات؟

التعددية الهندسية لـ λ هي dim(E_λ) — عدد المتجهات الذاتية المستقلة. دائمًا بين 1 والتعددية الجبرية.

≥ 1
أدنى هندسية
≤ جبرية
أقصى هندسية
= جبرية
قابل للتقطير
06 / 11
LA 101
M04 · L02
المصفوفات المعيبة

حين الهندسية < الجبرية

إذا كانت الهندسية أصغر من الجبرية، القيمة الذاتية معيبة. مثال: [[2, 1], [0, 2]] لها λ = 2 بجبرية 2 لكن متجه ذاتي واحد فقط [1, 0]ᵀ.

النتيجة
لا يمكن التقطير — نحتاج صورة جوردان
07 / 11
LA 101
M04 · L02
مبرهنة رئيسية

قيم مختلفة ← استقلالية

المتجهات الذاتية من قيم ذاتية مختلفة مستقلة خطيًا دائمًا. مصفوفة n×n بـ n قيمة ذاتية مختلفة لها n متجه ذاتي مستقل.

  • البرهان: طبّق A واطرح، استخدم الاختلاف
  • تُعمَّم على أي عدد من القيم الذاتية
  • أساس نظرية التقطير
08 / 11
LA 101
اختبار سريع

تحقّق ممّا ثبت

أربعة أسئلة من هذا الدرس. أجب لترى السبب — يظهر الشرح سواء أصبتَ أم أخطأت. ولا شيء يُسجّل أو يُحفظ.

السؤال 1 من 0
النتيجة 0/0

09 / 11
LA 101
M04 · L02
القيم الذاتية المركبة

دوران في الخفاء

  • المصفوفات الحقيقية قد تمتلك قيمًا ذاتية مركبة
  • تأتي دائمًا في أزواج مترافقة: λ وλ̄
  • تقابل سلوك الدوران والتكبير
  • قيم دوران المستوي (2×2): e^{±iθ}
  • لا متجهات ذاتية حقيقية لدوران المستوي حين θ ≠ 0, π
  • أما الدوران في ثلاثة أبعاد فيثبّت محوره — متجه ذاتي حقيقي عند λ = 1
10 / 11
LA 101
ما يلي
اكتمل الدرس 2

M4-L3: التقطير

يمكنك الآن إيجاد القيم والمتجهات الذاتية. التالي: استخدمها لتقطير A = PDP⁻¹، مما يفتح بابًا لقوى المصفوفات السريعة وفهم البنية العميقة.

11 / 11