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Mathematik Lineare Algebra – Diagonalisierung

15 KartenMathematikatrio07.10.2026Nur mit Link

Karteikarten zum Thema „Mathematik“ · 15 Karten · von atrio. Beispiele: Was ist eine diagonalisierbare Matrix? · Was sind Eigenwerte und Eigenvektoren?

Karten

15 Karten
STANDARD

Was ist eine diagonalisierbare Matrix?

Rückseite

Eine quadratische Matrix A ist diagonalisierbar, wenn es eine invertierbare Matrix S und eine Diagonalmatrix D gibt mit A = SDS⁻¹.

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Was sind Eigenwerte und Eigenvektoren?

Rückseite

Ein Eigenwert λ und Eigenvektor v ≠ 0 erfüllen Av = λv. Der Eigenvektor wird durch A nur gestreckt, nicht gedreht.

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Wie berechnet man die Eigenwerte einer Matrix?

Rückseite

Man löst die charakteristische Gleichung det(A - λI) = 0 nach λ auf. Die Lösungen sind die Eigenwerte.

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Was ist das charakteristische Polynom einer Matrix?

Rückseite

Das Polynom χ_A(λ) = det(A - λI) vom Grad n. Seine Nullstellen sind genau die Eigenwerte von A.

STANDARD

Wann ist eine Matrix diagonalisierbar?

Rückseite

Genau dann, wenn die Summe der geometrischen Vielfachheiten aller Eigenwerte n ergibt, also ein Basis aus Eigenvektoren existiert.

STANDARD

Was ist die algebraische Vielfachheit eines Eigenwerts?

Rückseite

Die Vielfachheit des Eigenwerts als Nullstelle des charakteristischen Polynoms. Sie gibt an, wie oft λ auf der Diagonalen von D steht.

STANDARD

Was ist die geometrische Vielfachheit eines Eigenwerts?

Rückseite

Die Dimension des Eigenraums Eig(A, λ) = ker(A - λI). Sie zählt linear unabhängige Eigenvektoren zu λ.

STANDARD

Wie hängen algebraische und geometrische Vielfachheit zusammen?

Rückseite

Die geometrische Vielfachheit ist immer ≤ der algebraischen. Gleichheit für alle Eigenwerte ⇔ Matrix ist diagonalisierbar.

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Was besagt der Spektralsatz für symmetrische Matrizen?

Rückseite

Jede reelle symmetrische Matrix ist orthogonal diagonalisierbar: A = QDQᵀ mit orthogonaler Q und reeller Diagonalmatrix D.

STANDARD

Sind symmetrische Matrizen immer diagonalisierbar?

Rückseite

Ja, reelle symmetrische Matrizen sind immer orthogonal diagonalisierbar. Alle Eigenwerte sind reell, Eigenvektoren zu verschiedenen Eigenwerten orthogonal.

STANDARD

Was ist die Jordan-Normalform?

Rückseite

Für nicht diagonalisierbare Matrizen existiert eine fast-diagonale Blockmatrix J mit Eigenwerten auf der Diagonalen und Einsen auf der Nebendiagonalen.

STANDARD

Wie diagonalisiert man eine Matrix praktisch?

Rückseite

1. Eigenwerte berechnen. 2. Zu jedem Eigenwert Eigenvektoren bestimmen. 3. S aus Eigenvekteln bilden. 4. D = S⁻¹AS prüfen.

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Was bedeutet Diagonalisierung für Potenzen einer Matrix?

Rückseite

Für A = SDS⁻¹ gilt Aᵏ = SDᵏS⁻¹. Potenzen der Diagonalmatrix D sind elementweise: (Dᵏ)ᵢᵢ = λᵢᵏ. Effiziente Berechnung hoher Potenzen.

STANDARD

Was ist eine orthogonale Diagonalisierung?

Rückseite

Diagonalisierung mit orthogonaler Matrix Q (Q⁻¹ = Qᵀ): A = QDQᵀ. Möglich genau für normalen Matrizen, insbesondere symmetrische.

STANDARD

Was ist der Unterschied zwischen Diagonalisierung und Jordan-Normalform?

Rückseite

Diagonalisierung gelingt nur bei vollständiger Eigenvektorbasis. Jordan-Normalform existiert immer, hat Jordan-Blöcke statt reiner Diagonale bei Defekt.

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