対称行列 $A = (−6−5−5−6)$ を直交行列 $T$ を使って対角化すると
${}^t TAT = (−1100−1)$
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。
$\dfrac{1}{\sqrt{2}} (111−1)$
$\dfrac{1}{2} (111−1)$
$\dfrac{1}{\sqrt{2}} (1−111)$
$\dfrac{1}{2} (1−111)$
仮定から $\lambda = -11, -1$ は $A$ の固有値である。
$\lambda = -11$ の時
$(−6+11−5−5−6+11) (xy) = \overrightarrow{0}$
とすると
$(5−5−55) (xy) = (5x−5y−5x+5y) = (00)$
$y = x$ より, 固有ベクトルは $\overrightarrow{v_1} = c_1(11)$ $(c_1\not=0)$ である。
また, $\lambda = -1$ の時
$(−6+1−5−5−6+1) (xy) = \overrightarrow{0}$
とすると
$(−5−5−5−5) (xy) = (−5x−5y−5x−5y) = (00)$
$y = -x$ より, 固有ベクトルは $\overrightarrow{v_2} = c_2(1−1)$ $(c_2\not=0)$ である。
$T$ は直交行列なので $|\overrightarrow{v_1}| = |\overrightarrow{v_2}| = 1$ とすると $c_1 = c_2 = \pm \dfrac{1}{\sqrt{2}}$ である。
よって $T = \dfrac{1}{\sqrt{2}} (111−1)$ である。