Бесплатные калькуляторы
⌕ Поиск

Примеры запросов: процентыипотекаплощадьВсе калькуляторы бесплатны

ЛИНЕЙНАЯ АЛГЕБРА · ОНЛАЙН

Собственные значения матрицы 2×2

Калькулятор находит собственные значения матрицы размера 2×2 как корни характеристического уравнения λ² − tr·λ + det = 0. Элементы вводятся построчно: a, b, c, d. Выводятся оба вещественных числа λ₁ ≥ λ₂, след и определитель. Если корни комплексные или совпадают, расчёт отклоняется с пояснением.

✓ Бесплатно⌁ С пояснением✦ Без регистрации
▦
КАЛЬКУЛЯТОР

Введите данные

Четыре числа: первая строка a b, вторая строка c d. Пример: «4 1 2 3».
✓ Исходные значения передаются серверу только для выполнения расчёта. Регистрация не нужна.
ВАШ РЕЗУЛЬТАТ✓ Вычислено

Собственные значения 2×2

Собственное значение λ₁3
Собственное значение λ₂1
След матрицы4
Определитель3

«Копировать картинку» помещает изображение результата в буфер обмена без сохранения файла — его можно сразу вставить в мессенджер или документ. Картинка и PDF содержат ссылку на calc-calc.ru.

Вещественный спектр квадратной матрицы ровно 2×2. При почти совпадающих значениях вычисление отклоняется; не поддерживаются комплексные значения и матрицы большего размера.

Был ли калькулятор полезен?Одно касание — и мы поймём, какие инструменты улучшать.
ПОДРОБНЫЙ РАЗБОР · ФОРМУЛЫ И ПРИМЕРЫ

Собственные значения матрицы 2×2: как найти без громоздких вычислений

Собственные значения показывают, как линейное преобразование растягивает или сжимает пространство вдоль особых направлений. Для матриц второго порядка их можно найти, решив обычное квадратное уравнение, и для этого достаточно знать два числа — след и определитель.

Ниже разобран вывод характеристического уравнения, приведены примеры с рациональными и иррациональными корнями и объяснено, когда вещественных собственных значений нет. Это полезно при решении систем дифференциальных уравнений и анализе устойчивости.

Что такое собственное значение

Число λ называют собственным значением матрицы A, если существует ненулевой вектор v, для которого Av = λv. Иначе говоря, преобразование A действует на этот вектор как простое умножение на число: направление сохраняется, а длина меняется в |λ| раз, при отрицательном λ направление меняется на противоположное.

Равенство Av = λv можно переписать как (A − λE)v = 0. Ненулевое решение существует только тогда, когда матрица A − λE вырождена, то есть det(A − λE) = 0. Это уравнение называют характеристическим.

Вывод формулы для матрицы 2×2

Для матрицы с элементами a, b, c, d определитель det(A − λE) = (a − λ)(d − λ) − bc. Раскрыв скобки, получаем λ² − (a + d)λ + (ad − bc) = 0, то есть λ² − tr·λ + det = 0. По формуле корней квадратного уравнения λ = (tr ± √(tr² − 4det)) / 2.

Дискриминант можно записать иначе: tr² − 4det = (a − d)² + 4bc. Именно в такой форме его вычисляет калькулятор: она удобнее для проверки, ведь для симметричной матрицы (b = c) выражение превращается в сумму неотрицательных слагаемых и всегда неотрицательно.

Два числовых примера

Для матрицы с элементами 4, 1, 2, 3 след равен 7, определитель 4 · 3 − 1 · 2 = 10, дискриминант (4 − 3)² + 4 · 1 · 2 = 9. Корни λ = (7 ± 3) / 2 дают 5 и 2. Проверка: 5 + 2 = 7 совпадает со следом, 5 · 2 = 10 совпадает с определителем.

Для матрицы 1, 2, 3, 4 след равен 5, определитель −2, дискриминант 25 + 8 = 33. Корни (5 ± √33) / 2 ≈ 5,372 и −0,372 иррациональны. Один из них отрицателен, значит, преобразование не только растягивает вдоль одного направления, но и разворачивает вдоль другого.

Комплексные и кратные корни

Если (a − d)² + 4bc < 0, вещественных собственных значений нет. Типичный пример — поворот плоскости на 90°, матрица 0, −1, 1, 0: ни один ненулевой вектор не сохраняет направление, а характеристическое уравнение λ² + 1 = 0 даёт корни ±i.

При нулевом дискриминанте корень один, двукратный. Тогда матрица либо кратна единичной, либо не диагонализируется, и числа λ недостаточно для описания поведения. Калькулятор отклоняет такой ввод, чтобы не создавать иллюзии полноты ответа.

Где пригодятся собственные значения

В системах линейных дифференциальных уравнений x′ = Ax знаки собственных значений определяют устойчивость: если оба отрицательны, решения затухают, если хотя бы одно положительно, растут. В статистике собственные значения ковариационной матрицы показывают дисперсию вдоль главных осей данных.

Определитель равен произведению собственных значений, а след — их сумме. Эти два свойства часто позволяют оценить спектр, даже не решая уравнения, и служат быстрой проверкой любого вычисления.

Формула расчёта

ОСНОВНАЯ ФОРМУЛА

λ² − (a + d)·λ + (ad − bc) = 0, λ₁,₂ = (tr ± √((a − d)² + 4bc)) / 2

Проверенные примеры

Симметричная матрица

Найдите собственные значения матрицы с элементами 2, 1, 1, 2.

След равен 4, определитель 3. Корни уравнения λ² − 4λ + 3 = 0: λ₁ = 3, λ₂ = 1.

Несимметричная матрица

Матрица с элементами 4, 1, 2, 3.

След 7, определитель 10, подкоренное выражение (4 − 3)² + 4 · 1 · 2 = 9. Тогда λ = (7 ± 3) / 2, то есть 5 и 2.

Как пользоваться онлайн-калькулятором

  1. Впишите четыре элемента матрицы построчно: a, b, затем c, d.
  2. Нажмите «Рассчитать».
  3. Прочитайте λ₁, λ₂, а для самопроверки — след и определитель.
ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ

Частые вопросы

Что делать, если собственные значения комплексные?

Это происходит, когда (a − d)² + 4bc < 0, например у матрицы поворота с элементами 0, −1, 1, 0. Корни равны ±i; калькулятор их не вычисляет и выводит сообщение об ошибке.

Как проверить результат без калькулятора?

Сумма собственных значений должна равняться следу матрицы a + d, а их произведение — определителю ad − bc. Эти два соотношения выполняются всегда.

Чем собственное значение отличается от собственного вектора?

Собственное значение — число λ, а собственный вектор — ненулевой вектор v, для которого Av = λv. Калькулятор находит только числа λ.

Похожие калькуляторы

▦ЛИНЕЙНАЯ АЛГЕБРА

Ранг матрицы

Введите порядок и элементы квадратной матрицы построчно — получите её ранг, число линейно независимых строк и столбцов.

ПОДЕЛИТЬСЯ ИНСТРУМЕНТОМ

Встроить на свой сайт

Вставьте этот код в HTML-блок на своём сайте. Посетители смогут пользоваться калькулятором без перехода.

Прямая ссылка: https://calc-calc.ru/embed/calc_010023/

Предварительный просмотр