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第2234题:旋转变换与辐角



设矩阵 C=[abba]C=\begin{bmatrix} a & -b\\ b & a \end{bmatrix} ,其中 a,ba,b 为实数且不都等于零,CC 的特征值是 λ=a±bi\lambda=a \pm bi .

 

r=λ=a2+b2r=|\lambda|=\sqrt{a^2+b^2} ,则有

 

C=r[arbrbrar]C=r\begin{bmatrix} \dfrac{a}{r} & -\dfrac{b}{r} \\ \dfrac{b}{r} & \dfrac{a}{r} \end{bmatrix}

 

如下图,在复平面上画出 a,b,ra,b,r 三者的关系,其中角 ϕ\phi 称为 λ=a±bi\lambda=a \pm bi辐角,可以得到

 

ar=cosϕ\dfrac{a}{r}=\cos {\phi}

 

br=sinϕ\dfrac{b}{r}=\sin {\phi}



因此,

C=[r00r][arbrbrar]C=\begin{bmatrix} r & 0 \\ 0 & r \end{bmatrix} \begin{bmatrix} \dfrac{a}{r} & -\dfrac{b}{r} \\ \dfrac{b}{r} & \dfrac{a}{r} \end{bmatrix}

 

=[r00r][cosϕsinϕsinϕcosϕ]=\begin{bmatrix} r & 0 \\ 0 & r \end{bmatrix}\begin{bmatrix} \cos {\phi} & -\sin {\phi} \\ \sin {\phi} & \cos {\phi} \end{bmatrix}

 

所以 CC 是含有旋转变换的矩阵.

 

A=[3333]A=\begin{bmatrix} \sqrt{3} & -3\\ 3 & \sqrt{3} \end{bmatrix}

 

AA 的特征值的辐角是多少度?

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