مقدارویژه و بردارویژه

در جبر خطی، یک بردارویژه (به انگلیسی: Eigenvector، ‎/ˈɡənˌvɛktər/‎) یا بردار مشخصه یک تبدیل خطی، یک بردار ناصفر است که وقتی آن تبدیل خطی رویش اعمال شود، حاصل برابر اسکالری ضرب در آن بردار خواهد بود (این کار باعث تغییر مقیاس، یا تغییر اندازه بردار می‌شود، ولی راستا آن را تغییر نمی‌دهد). مقدارویژه (به انگلیسی: Eigenvalue) متناظر با یک بردار ویژه که اغلب به صورت [۱] نشان داده می‌شود، همان اسکالری است که در توصیف بردار ویژه ضرب شد.

از نظر هندسی، یک بردارویژه متناظر با یک مقدارویژه حقیقی ناصفر، به سمتی اشاره می‌کند که توسط تبدیل خطی مورد نظر کشیده می‌شود، همچنین مقدارویژه متناظر با این بردار ویژه نیز فاکتوری است که توسط آن کشیدگی صورت گرفته. اگر مقدارویژه منفی باشد، جهت برعکس می‌شود.[۲] به بیان نادقیق، در فضای برداری چند بعدی، بردارویژه دوران نمی‌کند.

تعریف صوری

اگر یک تبدیل خطی از فضای برداری به خودش، روی میدانی چون باشد، و یک بردار ناصفر در باشد، آنگاه یک بردارویژه است اگر ضریب اسکالری از باشد. بدین شکل:

که در آن یک اسکالر در است که به آن مقدارویژه، مقدار مشخصه یا ریشه مشخصه متناظر با نیز می‌گویند.

برای یک پایه خاص، تناظر مستقیمی بین ماتریس‌های مربعی n-در-n و تبدیلات خطی از یک فضای برداری n-بعدی به خودش وجود دارد. ازین رو، در یک فضای برداری متناهی-بعدی، به‌طور معادل می‌توان مقادیر و بردار ویژه‌ها را با استفاده از زبان ماتریس‌ها یا زبان تبدیلات خطی توصیف نمود.[۳][۴]

اگر یک فضای برداری متناهی-بعدی باشد، تعریف فوق معادل است با:[۵]

که در آن نمایش ماتریسی و بردار مختصاتی است.

بررسی کلی

مقدارویژه و بردارویژه اغلب در تحلیل تبدیلات خطی بروز پیدا می‌کنند. پیشوند انگلیسی -eigen در انگلیسی از کلمه eigen آلمانی گرفته شده (هم‌خانواده با کلمه انگلیسی own) که در آلمانی به معنای «مناسب»، «مشخصه»، «خود» می‌باشد.[۶][۷] در اصل، از این مفاهیم جهت مطالعه محورهای اصلی دوران اجسام صلب استفاده می‌شد، اما بعد کاربردهای گسترده‌تری چون این موارد پیدا کردند: تحلیل پایداری، تحلیل ارتعاش، اوربیتال‌های اتمی، تشخیص چهره و قطری سازی ماتریس.

اساساً بردار ویژه ای چون از یک تبدیل خطی ، برداری ناصفر است با این ویژگی که اگر بر آن اعمال شود، تغییر راستا ندهد. اعمال به بردارویژه مورد نظر، تنها مقیاس بردار ویژه را به نسبت تغییر می‌دهد (یعنی طول آن را تغییر می‌دهد)، به مقدارویژهٔ بردارویژه گویند. این شرط را می‌توان با معادله زیر بیان کرد:

که به آن معادله ویژه گویند. در کل، ممکن است هر اسکالری باشد. به عنوان مثال، ممکن است منفی باشد، در این صورت، بردارویژه جهت تحت تغییر مقیاس تغییر جهت می‌دهد، همچنین مقدار ویژه ممکن است صفر یا یک عدد مختلط باشد.

در این نگاشت برشی، بردار قرمز تغییر جهت داده اما بردار آبی بین دو تصویر بدون تغییر جهت است. بردار آبی رنگ بردارویژه این نگاشت برشی است چرا که تغییر جهت نداده. از آنجا که بردار آبی تغییر مقیاس هم نداده (یعنی طولش تغییر نیافته‌است)، پس مقدارویژه آن ۱ خواهد بود.

تصویر مونا لیزا در اینجا، مثالی تصویری و شهودی ازین بحث است. تبدیل خطی در این مثال را نگاشت برشی می‌نامند. نقاط نیمه بالایی به سمت راست جابجا شده‌اند و نقاط نیمه پایینی به سمت چپ. میزان جابجایی نقاط متناسب با این است که به چه میزان از محور افقی فاصله دارند؛ بنابراین بردارهایی که به هر نقطه از تصویر اصلی اشاره کرده بودند، با این تبدیل (بسته به موقعیتشان) طولانی‌تر یا کوتاه‌تر می‌شوند. نقاطی که در طول محور افقی قرار دارند هیچ تغییر موقعیتی نمی‌دهند و جابجا نمی‌شوند؛ لذا، هر برداری که مستقیماً به راست یا چپ اشاره کنند و مؤلفه عمودیشان صفر باشد، بردار ویژه ای برای این تبدیل محسوب می‌شوند، چون تحت این تبدیل تغییر جهت نمی‌دهند. به علاوه، چنین نگاشتی باعث تغییر طول نیز نمی‌شود.

فضای برداری با بعد متناهی

در فضاهای برداری متناهی، می‌توانیم مسئله مقدارویژهٔ را به شیوهٔ ضرب ماتریسی بنویسیم. ماتریس مربعی نگاشت خطی است. بردار ناصفر را بردارویژه و عدد را مقدارویژه آن می‌گوییم، چنانچه معادله ماتریسی زیر بین آن‌ها برقرار باشد:

در معادله ماتریسی حاضر دو مجهول وجود دارد: بردارویژه و مقدارویژه . پس حل یکتایی برای آن وجود ندارد.

برای نمونه:

ماتریس زیر را در نظر می‌گیریم:

معادله ماتریسی بالا خواهد شد:

ابتدا معادله را به صورت همگن درآورده و بردار


را که قرار است بردار ویژه ما باشد در فاکتور قرار می‌دهیم:

در واقع ما از ماتریس همانی (یکه) دوبعدی به‌خاطر حفظ طبیعت ماتریسی جمله‌ها استفاده کرده‌ایم. پس از ضرب در ماتریس همانی و تفریق دو ماتریس داریم:

معادله ماتریسی حاصل حالتی خاص دارد. به منظور مقایسه و جهت وضوح در ادامه، معادله اسکالر بسیار ساده زیر را در نظر می‌گیریم:

که در اینجا عددی ثابت است. متغیر مجهول ، تنها و تنها، زمانی جواب غیر از صفر اختیار می‌کند که داشته باشیم:

که در این صورت، هر عددی جواب این معادله است.

برای معادله ماتریسی هم درست همین حالات را داریم؛ یعنی، برای وجود جواب‌های غیر صفر به بردار ویژه


لازم است که دترمینان ماتریس ضرایب صفر شود، و اقناع همین شرط است که به شکل‌یابی معادله مشخصه ماتریس می‌انجامد. پس، داریم:

با حل این معادله درجه دوم دو جواب زیر برای دو مقدار ویژه ماتریس مفروض به‌دست می‌آیند:

نکات و اشارات

تجزیه مقادیر ویژه را می‌توان تکنیکی بسیار مؤثر و قوی در تبدیل پیچیدگی به سادگی دانست. با نگاهی دقیق به این معادله می‌شود رمز این توانائی را تا حدودی دید:

ضرب ماتریس در بردار در سمت چپ (عملی سنگین) به ضرب تنها و تنها یک اسکالر ساده در همان بردار (عملی سبک و سریع) در سمت راست تقلیل یافته‌است.

اگر قرار باشد بردار A در ماتریس T به میزان n بار ضرب شود عمل به توان رساندن T از نظر محاسباتی بسیار پرهزینه و زمان‌بر است. اگر ماتریس T قطری باشد به توان رساندن ماتریس T برابر با، به توان‌رساندن قطر ماتریس است. در صورتی که T قطری نباشد برای کاهش حجم محاسبات و ساده‌سازی، باید از مقدار ویژه و بردار ویژه استفاده کرد.[۸]

فضاهای بی‌نهایت بعدی

توابع پیوسته ریاضی را می‌توان بردارهایی با تعداد بی‌نهایت مؤلفه در نظر گرفت، که در فضایی بی‌نهایت بعدی جای گرفته باشد. عمل‌گرهای قابل اعمال بر این‌گونه بردارها هم بی‌نهایت بعدی بوده و استفاده از مقدار ویژه‌های آن‌ها نقشی کارسازتر و پراهمیت‌تر به خود می‌گیرد.

عمل‌گر مشتق‌گیری

به عنوان یک مثال ساده و بسیار پر استفاده، عمل‌گر مشتق‌گیری از توابع مشتق‌پذیر ریاضی را در نظر می‌گیریم:

در این‌جا عمل‌گر بر روی تابع مشتق‌پذیر عمل نموده و تابع را به دست داده‌است.

مقدارهای ویژه مرتبط با آن به همان صورتی که در مورد ماتریس‌ها دیدیم معرفی می‌شوند:

در این‌جا به سبب بی‌نهایت بودن بعد فضا، به جای بردار ویژه، عبارت تابع ویژه را داریم. در واقع در جستجوی توابعی هستیم که مشتق مرتبه اول آن‌ها مضربی از خودشان است. با اندکی توجه در می‌یابیم که عمومی‌ترین پاسخ در این‌جا عبارت است از:

چرا که داریم:

از همین نقطه است که مهم‌ترین و فراگیرترین تبدیل فیزیک ریاضی -تبدیل فوریه- تولد می‌یابد.

جستارهای وابسته

پانویس

  1. "Comprehensive List of Algebra Symbols". Math Vault (به انگلیسی). 2020-03-25. Retrieved 2020-08-19.
  2. Burden & Faires 1993, p. 401.
  3. Herstein 1964, pp. 228, 229.
  4. Nering 1970, p. 38.
  5. Weisstein, Eric W. "Eigenvalue". mathworld.wolfram.com (به انگلیسی). Retrieved 2020-08-19.
  6. Betteridge 1965.
  7. "Eigenvector and Eigenvalue". www.mathsisfun.com. Retrieved 2020-08-19.
  8. «Linear Algebra – Changing to the eigenbasis». دریافت‌شده در ۲۳ آوریل ۲۰۲۰.

منابع

برای مطالعه بیشتر

پیوند به بیرون

نظریه

اپلت‌ها

Read other articles:

City district in Tampere, Finland Not to be confused with Épila. Epilä along the Pispala Highway Epilä is a district in Tampere, Finland. The area is bordered on the north by the Tampere–Pori railway and Lielahti, on the east by Hyhky's Vaakonkatu, on the west by Rahola and on the south by Kaarila.[citation needed] Epilä has been permanently inhabited since the 16th century. Epilä, located in the present Winter area, is mentioned in the 1540 land register as a house belonging t...

 

 

Shōsetsuka ni NarōPenciptaYusuke UmezakiSitus websyosetu.comKomersialYaDiluncurkan2 April 2004StatusAktif Shōsetsuka ni Narō (Jepang: 小説家になろうcode: ja is deprecated ) adalah sebuah situs web penerbitan novel karya penggunanya di Jepang yang diciptakan oleh Yusuke Umezaki. Situs web ini diluncurkan pada tanggal 2 April 2004, dengan pengguna dapat mengunggah novel karya mereka secara gratis serta novel-novel tersebut juga gratis untuk dibaca. Situs web ini telah menampung lebih...

 

 

Code of Honor 3: Desperate Measures Розробник City InteractiveВидавець City InteractiveЖанр(и) Шутер від першої особиПлатформа PCДата випуску 4 серпня 2009 рокуРежим гри одноосібна відеограCode of HonorПопередня гра Code of Honor 2: Conspiracy IslandОфіційний сайт Code of Honor 3: Desperate Measures (назва гри на Україну - Code of Honor 3: Сучасна ...

Para el estadio de Valledupar, véase Estadio Armando Maestre Pavajeau. Armando Maestre Pavajeau Gobernador del Cesar 9 de febrero de 1990-3 de septiembre de 1990Presidente Virgilio Barco César Gaviria TrujilloPredecesor Paulina Mejía de CastroSucesor Adalberto Ovalle Muñoz Alcalde de Valledupar abril de 1979-mayo de 1981Presidente Julio César TurbayPredecesor Miguel Gnecco HernándezSucesor Maria Clara Quintero Información personalNacimiento 11 de diciembre de 1934 Valledupar, Magdalena...

 

 

Robert Greene Información personalNacimiento 14 de mayo de 1959 (64 años)Los Ángeles, California, Estados UnidosNacionalidad Estados UnidosLengua materna Inglés estadounidense EducaciónEducado en Universidad de California en Berkeley Información profesionalOcupación EscritorPsicólogoAños activo desde 1998Géneros Estrategia, Poder, SeducciónObras notables Las 48 leyes del poder, MaestríaSitio web powerseductionandwar.com [editar datos en Wikidata] Robert Greene (Los ...

 

 

Mörsenbroicher Ei Platz in Düsseldorf Blick nach Südosten Richtung Heinrichstraße Basisdaten Ort Düsseldorf Ortsteil Mörsenbroich, Düsseltal Einmündende Straßen Nördlicher Zubringer, Sankt-Franziskus-Straße, Mörsenbroicher Weg, Heinrichstraße, Brehmstraße, Münsterstraße, Grashofstraße Nutzung Nutzergruppen Fußverkehr, Radverkehr, Autoverkehr, ÖPNV Platzgestaltung Straßenkreuzung mit diversen Ampelanlagen Technische Daten Platzfläche 12.000 m² Das Mörsenbroicher Ei (mit ...

У Вікіпедії є статті про інші географічні об’єкти з назвою Брукфілд. Місто Брукфілдангл. Brookfield Координати 39°46′59″ пн. ш. 93°04′26″ зх. д. / 39.78310000002777258° пн. ш. 93.07390000002777697° зх. д. / 39.78310000002777258; -93.07390000002777697Координати: 39°46′59″ пн. ш. 93°04′26″...

 

 

Irish monastic saint and explorer Saint Brendan redirects here. For the contemporaneous Irish saint Brendan of Birr, see Brendan of Birr. For other uses, see St. Brendan's (disambiguation). SaintBrendan the NavigatorSaint Brendan and the Whale from a 15th-century manuscriptCatholic priest, abbotBornc. AD 484Ciarraighe Luachra near Tralee, Kingdom of MunsterDiedc. AD 577Annaghdown, Kingdom of ConnachtVenerated inCatholic ChurchEastern Orthodox ChurchAnglican CommunionMajor shrineClonfert,...

 

 

Liviu CiuleiLiviu Ciulei pada 1963Lahir(1923-07-07)7 Juli 1923Bucharest, Kerajaan RumaniaMeninggal24 Oktober 2011(2011-10-24) (umur 88)Munich, JermanKebangsaanRumaniaAlmamaterKonservatorium Musik dan Teater KerajaanTempat kerjaTeatrul BulandraTeater GuthrieUniversitas ColumbiaUniversitas New YorkDikenal atasPenghargaan Sutradara Terbaik di Festival Film Cannes 1965Karya terkenalForest of the HangedSuami/istriClody Bertola [ro]Ioana GărdescuHelga ReiterAnakThomas CiuleiOrang...

Експертка Ходліцької археологічної місії працює зі знахідками з ранньосередньовічних поховань Частина серіїЖінки в суспільстві Суспільство Жінка Дівчина Жіноча історія Історія прав жінок Суфражизм Фемінізм історія список феміністок Поверх спадщини Жінки на банкнот...

 

 

Record label Maybach Music redirects here. For other uses, see Maybach Music (disambiguation). Maybach Music GroupParent companygamma.Founded2008FounderRick RossDistributor(s) gamma. (2023–present) Atlantic Records (2016–2023) Warner Records (2011–2012) Island Def Jam (2009–2016) GenreHip hopCountry of originUnited StatesLocationMiami, FloridaOfficial websitemmgselfmade.com Maybach Music Group (MAY-back;[a] abbreviated MMG) is a record label imprint founded by American rapper ...

 

 

For other uses, see Kamra (surname). Town in Punjab, PakistanKamra Kalan کامرہTownKamraTop: A lake located in Kamra Below: A road located in KamraNickname: City of AviationKamra KalanCoordinates: 33°51′N 72°24′E / 33.850°N 72.400°E / 33.850; 72.400CountryPakistanProvincePunjabDistrictAttockTehsilAttockElevation312 m (1,024 ft)Time zoneUTC+5 (PST)Websitehttp://www.cbkamra.gov.pk/en Kamra (Urdu: کامرہ) is a town located in Attock District...

School district in Ohio This article does not cite any sources. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed.Find sources: Mariemont City School District – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (December 2009) (Learn how and when to remove this template message) Mariemont City School District is a public school district in Hamilton County, Ohio. Mariemont City School Di...

 

 

Elm cultivar Ulmus parvifolia 'Drake'Autumnal foliage, U. parvifolia 'Drake'SpeciesUlmus parvifoliaCultivar'Drake'OriginUS The Chinese Elm cultivar Ulmus parvifolia 'Drake' was marketed by the Monrovia Nursery of Azusa, California from 1952 to 1953. Description The tree has upright, spreading branches bearing dark-green leaves.[1] 'Drake' is also distinguished by having a bark that begins exfoliating at a relatively young age [1]. Pests and diseases The species and its cultivars are h...

 

 

Annual awards ceremony IIFA AwardsCurrent: 23rd IIFA AwardsThe Official IIFA Awards TrophyAwarded forExcellence in cinematic achievements for indian cinemaCountryIndiaPresented byInternational Indian Film AcademyFirst awarded2000Last awarded2023Websiteiifa.comTelevision/radio coverageNetworkSony TV STAR Plus Colors TVProduced byWizcraft International The International Indian Film Academy Awards, popularly known as IIFA, is an annual awards ceremony for Bollywood. Produced by Wizcraft Internat...

Visualisierung einer explorativen Tastsimulation Implementation des Modells eines Fraktales Neuritenwachstum am Beispiel des Strickleiternervensystems eines virtuellen Wurms Konnektionistische Netzstruktur eines „Tast-Tierchens“ Virtuelle Tierchen (VT) sind simulierte Multiagentensysteme in einer künstlichen biologischen Umgebung. Sie dienen der Untersuchung emergenter Eigenschaften auf Basis neurobiologischer Grundlagen. Als Ausgangssituation dient ein Experiment, zu dem ein unterliegen...

 

 

American politician Senator Conger redirects here. For the New York State Senate member, see Benn Conger. Omar D. CongerUnited States Senatorfrom MichiganIn officeMarch 4, 1881 – March 3, 1887Preceded byHenry P. BaldwinSucceeded byFrancis B. StockbridgeMember of the U.S. House of Representativesfrom Michigan's 7th districtIn officeMarch 4, 1873 – March 3, 1881Preceded bynoneSucceeded byJohn T. RichMember of the U.S. House of Representativesfrom Mi...

 

 

Television series Las GonzálezGenreTelenovelaRomanceCreated byCesar Miguel RondònMònica MontañezDirected byArquímides RiveroRomán ChalbaudStarringGaby EspinoJorge ReyesAdrián DelgadoAlba RoversiVíctor CámaraOpening themeCapullito de Aleli by Oscar D'LeónCountry of originVenezuelaOriginal languageSpanishNo. of episodes91ProductionExecutive producerConsuelo DelgadoProducerCarolina De JacoboProduction locationCaracasRunning time45 minutesProduction companyVenevisiónOriginal releaseNet...

Indian beach This article relies largely or entirely on a single source. Relevant discussion may be found on the talk page. Please help improve this article by introducing citations to additional sources.Find sources: Yanam Beach – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (July 2014) Yanam BeachBeachYanam BeachCoordinates: 16°26′24″N 82°09′00″E / 16.4400°N 82.1500°E / 16.4400; 82.1500LocationYanam, Pondicherry, In...

 

 

Former railway station in England class=notpageimage| Location (red dot) within Stockport's historical rail network Cheadle LNW railway station was a railway station that served Cheadle, Cheshire, England, between 1866 and its closure in 1917. Construction, location and facilities Cheadle LNW railway station circa 1905, viewed looking north down Manchester Road from Cheadle High Street. The roof of the main station building is seen above a cottage and an LNWR local train stands in the platfor...

 

 

Strategi Solo vs Squad di Free Fire: Cara Menang Mudah!