谱分解定理用来反求实对称矩阵

设三阶实对称矩阵,若矩阵特征值,对应的单位化特征向量分别为且两两正交,则

注1在考研范围内,只适用于实对称矩阵。
注2特征向量必须两两正交且单位化!
证明:三阶实对称矩阵 相似对角化,存在正交矩阵 ,使得
所以有:

什么时候运用谱分解定理最方使?
(1) 当特征值出现 时,运用定理可减少计算量(参见解法一);
(2) 当特征值出现二重根 时,可先运用定理计算出具体的 ,再算出实对称矩阵 (参见解法二);
(3) 运用该定理不需要求出所有的特征向量

【例】设 3 阶实对称矩阵 A 的秩为 2, 是 A 的二重特征值,若 ,都是 A 属于特征值 6 的特征向量,求矩阵 A.

【解法一】由 可得特征值 ,将 进行单位正交化得:.
应用谱分解定理:



解法二
先求出 的另一特征值和对应的特征向量 ,进行单位正交化:
由于 的特征值为 ,所以 的特征值为 ,注意遇到对应的特征向量仍然不变,因此可以先求出 ,运用谱分解定理:



所以有: