LA 101
M4 · تجربة
تجربة عملية
أيّ الاتّجاهات يتركها التحويل دون تدوير؟

ابنِ مصفوفات 2×2 واقرأ قيمها الذاتية ومتّجهاتها الذاتية وأثرها ومحدّدها في المستكشف، وتوقَّع — قبل أن تقرأ من الشاشة — القيم الذاتية لمصفوفة متماثلة، وهل متّجهاتها الذاتية متعامدة، وأنّ الأثر يساوي مجموع القيم الذاتية والمحدّد يساوي حاصل ضربها، ولماذا لا يكون للتدوير اتّجاهٌ ذاتيٌّ حقيقي.

معادلة القيمة الذاتية
A\mathbf{v} = \lambda\mathbf{v}

المتّجه الذاتي لـA اتّجاهٌ لا يفعل به التحويل سوى التمديد دون تدوير: A v = λ v، حيث القيمة الذاتية λ هي معامل التمديد. القيم الذاتية هي جذور كثيرة الحدود المميّزة λ² - tr(A) λ + det(A) = 0، فمميّزها tr(A)² - 4 det(A) يقرّر النوع: الموجب يعطي قيمتين ذاتيتين حقيقيتين، والسالب زوجًا عقديًّا — أي تدويرًا لا يبقى فيه اتّجاهٌ حقيقيٌّ ثابتًا. وتصحّ دائمًا هُويّتان: tr(A) = λ₁ + λ₂ وdet(A) = λ₁ λ₂. كما أنّ المصفوفة المتماثلة لها دائمًا قيمٌ ذاتية حقيقية ومتّجهاتٌ ذاتية متعامدة.

1 / 9
LA 101
M4 · تجربة
جهّز التجربة
مصفوفة

افتح المستكشف. تُسمّي كل خطوة المصفوفة A من نوع 2×2 التي تضبطها من مُدخلاتها الأربعة a b c d؛ اكتبها في حقول المصفوفة، ثم اقرأ قراءات القيمة الذاتية والمتّجه الذاتي والأثر والمحدّد.

اضبط هذه القيم
Matrix A -> [ a b ; c d ] (set the four entries each step names) Read: eigenvalues, eigenvectors, tr(A), det(A), discriminant

راقب قراءات القيمة الذاتية والمتّجه الذاتي والأثر والمحدّد والمميّز في اللوحة الرئيسية — كل رقم تتوقّعه مطبوع هناك.

2 / 9
LA 101
M4 · تجربة
الخطوة 1 من 5
المصفوفة المتماثلة لها قيمٌ ذاتية حقيقية

اضبط A = [[2, 1], [1, 2]] — وهي متماثلة. تُحلّ قيمها الذاتية det(A - λ I) = 0، أي λ² - 4λ + 3 = 0. توقَّع القيمة الذاتية الأكبر λ₁، ثم اقرأ القراءة.

المتوقّع

تُظهر القراءة الزوج {3, 1}، فتكون λ₁ = 3: تتحلّل كثيرة الحدود إلى (λ - 3)(λ - 1). الجذران حقيقيان — فالمصفوفة المتماثلة لها دائمًا قيمٌ ذاتية حقيقية.

3 / 9
LA 101
M4 · تجربة
الخطوة 2 من 5
متّجهاتها الذاتية متعامدة

أبقِ A = [[2, 1], [1, 2]]. اقرأ متّجهيها الذاتيين — أحدهما بمحاذاة (1, 1) (لـλ = 3)، والآخر بمحاذاة (1, -1) (لـλ = 1). توقَّع جداءهما القياسي، ثم اقرأ القراءات.

المتوقّع

الجداء القياسي هو (1)(1) + (1)(-1) = 0، فالمتّجهان الذاتيان متعامدان. متّجهات المصفوفة المتماثلة الذاتية (لقيمٍ ذاتية متمايزة) متعامدة دائمًا.

4 / 9
LA 101
M4 · تجربة
الخطوة 3 من 5
الأثر هو مجموع القيم الذاتية

اضبط A = [[3, 1], [2, 2]]. أثرها هو tr(A) = 3 + 2 = 5. توقَّع λ₁ + λ₂، ثم اقرأ القيم الذاتية.

المتوقّع

القيم الذاتية هي {4, 1}، ومجموعها 4 + 1 = 5 — وهو tr(A) بالضبط. تصحّ هذه الهُويّة tr(A) = λ₁ + λ₂ لكلّ مصفوفة.

5 / 9
LA 101
M4 · تجربة
الخطوة 4 من 5
المحدّد هو حاصل ضرب القيم الذاتية

أبقِ A = [[3, 1], [2, 2]]. محدّدها هو det(A) = 3·2 - 1·2 = 4. توقَّع λ₁ λ₂، ثم اقرأه.

المتوقّع

حاصل الضرب هو 4·1 = 4 — وهو det(A) بالضبط. تصحّ هذه الهُويّة det(A) = λ₁ λ₂ لكلّ مصفوفة، فـdet(A) = 0 يعني أنّ إحدى القيم الذاتية 0.

6 / 9
LA 101
M4 · تجربة
الخطوة 5 من 5
التدوير ليس له اتّجاهٌ ذاتيٌّ حقيقي

اضبط A = [[0, -1], [1, 0]] — وهو تدويرٌ بزاوية 90°. مميّزها هو tr(A)² - 4 det(A) = 0 - 4. توقَّع المميّز، ثم اقرأ القراءة وحُكم الحالة.

المتوقّع

المميّز هو 0 - 4 = -4، وهو سالب، فالقيم الذاتية هي الزوج العقدي ±i ولا يوجد no متّجهٌ ذاتيٌّ حقيقي — فالتدوير يُدير كلّ اتّجاه، ولا يترك أيًّا منها ثابتًا.

7 / 9
LA 101
M4 · تجربة
دورك الآن
افتح المِنصّة

كل ما سبق ينتظرك في المستكشف. أدخِل أيّ مصفوفة 2×2، وراقب الاتّجاهات الذاتية وصورة دائرة الوحدة تتحدّث لحظيًّا، وشاهِد القيم الذاتية والمتّجهات الذاتية والأثر والمحدّد وحُكم (حقيقي/عقدي/مكرّر) يتغيّر دفعةً واحدة — ثم شغّل رسوم التدوير لتشاهد متّجهًا يلاحق اتّجاهه الذاتي.

8 / 9
LA 101
M4 · تجربة
خلاصة
ما أنجزتَه
  • وجدتَ القيم الذاتية الحقيقية {3, 1} للمصفوفة المتماثلة [[2, 1], [1, 2]] — القيمة الذاتية الأكبر 3
  • رأيتَ أنّ متّجهيها الذاتيين متعامدان — الجداء القياسي 0
  • أكّدتَ tr(A) = λ₁ + λ₂ = 5 على [[3, 1], [2, 2]]
  • أكّدتَ det(A) = λ₁ λ₂ = 4 على المصفوفة نفسها
  • رأيتَ مميّز التدوير السالب -4 — زوجٌ عقدي، no اتّجاهٌ ذاتيٌّ حقيقي
  • كل قيمة توقّعتها هي حساب القيم الذاتية الخاصّ بالعرض نفسه، لا صورة تقريبية
9 / 9