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対称行列 $A = (8661)$ を直交行列 $T$ を使って対角化すると

${}^t TAT = (11004)$

となった。この時, $T$ として最も適切なものを以下の選択肢から選びなさい。

$\dfrac{1}{\sqrt{5}} (2112)$

$(2112)$

$\dfrac{1}{\sqrt{5}} (1221)$

$(1221)$

仮定から $\lambda = -11, 4$ は $A$ の固有値である。

$\lambda = -11$ の時

$(8+11661+11) (xy) = \overrightarrow{0}$

とすると

$(36612) (xy) = (3x6y6x+12y) = (00)$

$x = 2y$ より, 固有ベクトルは $\overrightarrow{v_1} = c_1(21)$ $(c_1\not=0)$ である。

また, $\lambda = 4$ の時

$(846614) (xy) = \overrightarrow{0}$

とすると

$(12663) (xy) = (12x6y6x3y) = (00)$

$y = -2x$ より, 固有ベクトルは $\overrightarrow{v_2} = c_2(12)$ $(c_2\not=0)$ である。

$T$ は直交行列なので $|\overrightarrow{v_1}| = |\overrightarrow{v_2}| = 1$ とすると $c_1 = c_2 = \pm \dfrac{1}{\sqrt{5}}$ である。

よって $T = \dfrac{1}{\sqrt{5}} (2112)$ である。