LA 101
M04 · L03
الوحدة 4: القيم الذاتية

التقطير

اكتب A = PDP⁻¹ حيث D قطرية وP تحمل المتجهات الذاتية. هذا يفتح باب قوى المصفوفات والأسّيات والمعادلات التفاضلية دفعة واحدة.

01 / 11
LA 101
M04 · L03
التحليل

A = PDP⁻¹

أعمدة P هي المتجهات الذاتية؛ العناصر القطرية لـ D هي القيم الذاتية. P يجب أن تكون قابلة للعكس — المتجهات الذاتية مستقلة خطيًا.

Eigendecomposition
A=PDP^{-1},\quad D=\text{diag}(\lambda_1,\ldots,\lambda_n)
02 / 11
LA 101
M04 · L03
متى تكون قابلة للتقطير؟

n متجه ذاتي مستقل

  • قابلة للتقطير ↔ لها n متجه ذاتي مستقل خطيًا
  • كافٍ: n قيمة ذاتية مختلفة → قابلة للتقطير دائمًا
  • القيمة المكررة مقبولة إذا كان بُعد الفضاء الذاتي = التعددية الجبرية
  • المعيبة = غير قابلة للتقطير → نحتاج صورة جوردان
03 / 11
LA 101
M04 · L03
الإجراء

خمس خطوات للتقطير

  • أوجد جميع القيم الذاتية من det(A − λI) = 0
  • أوجد n متجه ذاتي مستقل خطيًا
  • اكوِّن P: المتجهات الذاتية كأعمدة
  • اكوِّن D: القيم الذاتية على القطر، بنفس الترتيب
  • تحقق: AP = PD
04 / 11
LA 101
M04 · L03
مثال: A = [[4,1],[2,3]]

بناء P وD

القيم الذاتية
λ₁ = 5 → v₁ = [1, 1]ᵀ  |  λ₂ = 2 → v₂ = [−1, 2]ᵀ
Factorization
\begin{bmatrix}4&1\\2&3\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}1&-1\\1&2\end{bmatrix}\begin{bmatrix}5&0\\0&2\end{bmatrix}\begin{bmatrix}1&-1\\1&2\end{bmatrix}^{-1}
05 / 11
LA 101
M04 · L03
العائد الكبير

قوى المصفوفات في خطوة واحدة

A = PDP⁻¹ يُعطي Aᵏ = PDᵏP⁻¹. حساب Dᵏ يعني فقط رفع كل عنصر قطري قياسي للأس k — لا سلاسل ضرب مصفوفات.

Power Formula
A^k=PD^kP^{-1}=P\,\text{diag}(\lambda_1^k,\ldots,\lambda_n^k)\,P^{-1}
06 / 11
LA 101
M04 · L03
الصورة الهندسية

تضخيم بحت في أساس المتجهات الذاتية

في نظام إحداثيات المتجهات الذاتية، تُضخّم A كل محور باستقلالية. P⁻¹ تُحوّل إلى ذلك الأساس، D تُضخّم، P تُعيد التحويل. لا خلط بين الاتجاهات.

P⁻¹
إلى الأساس الذاتي
D
تضخيم المحاور
P
عودة للقياسي
07 / 11
LA 101
M04 · L03
مبرهنة الطيف

المتماثلة → P متعامدة

المصفوفات المتماثلة الحقيقية (Aᵀ = A) قابلة للتقطير دائمًا بمصفوفة متعامدة: A = QDQᵀ حيث QᵀQ = I.

  • جميع القيم الذاتية حقيقية
  • المتجهات الذاتية من فضاءات مختلفة متعامدة
  • P يمكن اختيارها متعامدة موحَّدة الأعمدة: Qᵀ = Q⁻¹ (عكس رخيص)
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 · L03
التطبيق: المعادلات التفاضلية

الأسّيّة المصفوفية

لـ x'(t) = Ax، الحل هو x(t) = e^{At}x(0). التقطير يُعطي e^{At} = Pe^{Dt}P⁻¹ — n أسّيّة قياسية، لا متسلسلة مصفوفية.

Matrix Exponential
e^{At}=P\,\text{diag}(e^{\lambda_1 t},\ldots,e^{\lambda_n t})\,P^{-1}
10 / 11
LA 101
ما يلي
اكتمل الدرس 3

M4-L4: التطبيقات

يمكنك الآن تقطير المصفوفات. التالي: شاهد القيم الذاتية في العمل — PageRank لجوجل وPCA وسلاسل ماركوف وتحليل الاهتزازات الهيكلية.

11 / 11