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Folgt aus A^2 diagonalisierbar gleich A diag.??

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Eigenwerte

Matrizenrechnung

Tags: Eigenwert, Matrizenrechnung

 
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Tomathensuppe

Tomathensuppe aktiv_icon

21:41 Uhr, 02.05.2018

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Hallo allerseits.
Sei A element der n kreuz n Matrizen über dem Körper der komplexen Zahlen unf A so, dass A2 diagonalisierbar ist. Zeige das A diagonalisierbar ist, wenn A invertierbar ist.
Ich hänge schon länger an der Aufgabe und habe schon mit anderen Studis versucht sie zu lösen aber irgendwie hat niemand so recht ne Idee wie.
Man muss zeigen das A eine Basis aus n-verschiedenen EV besitzt das ist schon klar, aber mit fehlt leider komplett die Idee wie ich da rangehen soll. Ein Paar Tipps wären sehr hilfreich.
Ich habe zunächst versucht A2(v)=λv mit dem Inversen von A da rumzubasteln, jedoch ohne Erfolg .
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DrBoogie

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22:02 Uhr, 02.05.2018

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Wenn A nicht diagonalisierbar, so hat ihre Jordan-Normalform Einse über der Diagonale. Wenn A auch invertierbar ist, so hat ihre Jordan-Normalform keine Nullen auf der Diagonale. In diesem Fall ist leicht zu sehen, dass auch das Quadrat der Jordan-Normalform Einträge 0 über der Diagonale haben muss, womit A2 nicht diagonalisierbar ist.

S. auch hier:
http://fora.xkcd.com/viewtopic.php?f=17&t=71107
Tomathensuppe

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22:18 Uhr, 02.05.2018

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Aber A2 ist diag. und damit soll man zeugen das A diag. ist nicht umgekehrt

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DrBoogie

DrBoogie aktiv_icon

22:55 Uhr, 02.05.2018

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Und genau darüber habe ich auch geschrieben. Lies aufmerksamer.
Tomathensuppe

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01:08 Uhr, 03.05.2018

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Naja wir haben halt nicht gelernt was diese Jordan Normalform sein soll.
Tomathensuppe

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01:16 Uhr, 03.05.2018

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Könntest du das iwi ander erklären ?
Tomathensuppe

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01:29 Uhr, 03.05.2018

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Aber trotzdem schonmal danke. Ich hab jetzt vllt ne idee wie ich das mache
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michaL

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08:48 Uhr, 03.05.2018

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Hallo,

ich denke, man kann übe das Minimalpolynom von A2 gehen. Vielleicht ist schon bekannt, dass bei diagonalisierbaren Matrizen das Minimalpolynom in paarweise verschiedene Linearfaktoren zerfällt. (S. de.wikipedia.org/wiki/Diagonalisierbare_Matrix#Weitere_Charakterisierungen_der_Diagonalisierbarkeit )

Damit hätten wir also mA2(x)=Πk=1l(x-λk) mit den paarweise verschiedenen Eigenwerten λ1,,λl (ln).

Daraus erhältst du ein neues Polynom p(x):=Πk=1l(x2-λk)

Rechne nach bzw. erinnere dich (sofern schon behandelt), dass 0=mA2(A2)=p(A) gilt.
Das Polynom p annuliert die Matrix A (es gilt mA2(x2)=p(x) und damit 0=mA2(A2)=p(A)).

Also: p annuliert A und hat lauter paarweise verschiedene Nullstellen. Damit muss das Minimalpolynom von A (!) auch in paarweise verschiedene Nullstellen zerfallen. (Dass es zerfällt, ist über nicht überraschend.)
Wichtig: Dass die Nullstellen paarweise verschieden sind, kann man so einfach nur deshalb schließen, weil für kein λk=0 gilt. (Sonst hätte man eine doppelte Nullstelle in p.)

So, kann der Weg gegangen werden, wenn ihr Jordansche Normalformen noch nicht hattet?

Mfg Michael
Frage beantwortet
Tomathensuppe

Tomathensuppe aktiv_icon

10:18 Uhr, 03.05.2018

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Vielen dank. Hat echt geholfen und war gut erklär. Vom Herzen dank.
Frage beantwortet
Tomathensuppe

Tomathensuppe aktiv_icon

10:19 Uhr, 03.05.2018

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Vielen dank. Hat echt geholfen und war gut erklär. Vom Herzen dank.
Frage beantwortet
Tomathensuppe

Tomathensuppe aktiv_icon

10:20 Uhr, 03.05.2018

Antworten
Danke. Gut erklärt und leictht verständlich. Vom Herzen dank.