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Calculadora de valores propios

Introduce una matriz cuadrada de hasta 6 × 6 y obtén sus valores y vectores propios, el polinomio característico, las comprobaciones de traza y determinante, y la diagonalización A = PDP⁻¹ cuando existe. Los valores propios salen exactos —como fracciones, radicales o números complejos— siempre que el polinomio lo permita, y numéricamente en otro caso. Gratis, sin registro, y todo se ejecuta en tu navegador.

Matriz A

Números enteros, decimales o fracciones como 3/4.

Resultados

Valores propios (repetidos según la multiplicidad algebraica)

λ1 = 2, λ2 = 5

7

Traza

10

Determinante

Exacto

Método

No

¿Simétrica?

Sí

¿Diagonalizable?

Comprobación: los valores propios suman la traza, 7, y se multiplican para dar el determinante, 10.

Polinomio característico

p(λ) = det(λI − A) = λ² − tr(A)·λ + det(A) = λ² − (7)λ + (10) = λ² − 7λ + 10

p(λ) = (λ − 2)(λ − 5)

  • Teorema de la raíz racional: una raíz racional es un divisor del término independiente entre un divisor del coeficiente principal. Raíces encontradas: 2, 5.

Valores propios y vectores propios

Cada vector propio resuelve (A − λI)v = 0. Cualquier múltiplo no nulo suyo también es un vector propio.

λ = 2

multiplicidad algebraica 1, multiplicidad geométrica 1

A − λI
21
21
Vector propio
1
−2

λ = 5

multiplicidad algebraica 1, multiplicidad geométrica 1

A − λI
−11
2−2
Vector propio
1
1

Diagonalización

Los vectores propios forman las columnas de P, y A = P D P⁻¹ con D la matriz diagonal de valores propios.

P =
11
−21
D =
20
05

Cómo usar la calculadora de valores propios

  1. 1. Elige el tamaño. Elige n de 2 a 6 y rellena la matriz n × n. Las fracciones como 3/4 y los decimales se leen con exactitud.
  2. 2. Lee los valores propios. Se listan repetidos según la multiplicidad algebraica, junto con la traza y el determinante como comprobación rápida: los valores propios suman la traza y se multiplican para dar el determinante.
  3. 3. Sigue el polinomio característico. La calculadora escribe p(λ) = det(λI − A), extrae sus raíces racionales y resuelve el resto con la fórmula cuadrática.
  4. 4. Revisa los vectores propios. Para cada valor propio ves A − λI y una base de su espacio propio, además de P y D cuando A es diagonalizable sobre los racionales.

Qué son los valores y vectores propios

Un vector propio de una matriz cuadrada A es un vector no nulo v que A solo estira, nunca gira: Av = λv. El escalar λ es el valor propio. Reordenando, (A − λI)v = 0 tiene solución no nula solo cuando A − λI es singular, lo que ocurre exactamente cuando det(A − λI) = 0. Esa ecuación es la ecuación característica, y el polinomio es el polinomio característico. Esta calculadora usa la forma mónica det(λI − A), que difiere de det(A − λI) solo por el factor (−1)ⁿ y tiene las mismas raíces.

TérminoSignificado
Multiplicidad algebraicaCuántas veces es λ raíz del polinomio característico
Multiplicidad geométricaLa dimensión del espacio propio: cuántos vectores propios independientes tiene λ
DiagonalizableA tiene n vectores propios independientes, así que A = PDP⁻¹; esto exige que la multiplicidad geométrica sea igual a la algebraica en cada valor propio
DefectivaAlgún valor propio tiene multiplicidad geométrica menor que su multiplicidad algebraica

La multiplicidad geométrica nunca es mayor que la algebraica. Las matrices reales simétricas siempre son diagonalizables, con valores propios reales.

Respuestas exactas y respuestas numéricas

El polinomio característico se calcula de forma exacta, así que no hay redondeo en él. Las raíces racionales se encuentran con el teorema de la raíz racional y se dividen. Si queda un cuadrático, la fórmula cuadrática da los dos valores propios restantes en forma cerrada, incluidos los complejos, y los vectores propios se resuelven de forma exacta en el mismo sistema numérico. Eso cubre cualquier matriz de 2 × 2, cualquier 3 × 3 cuyo polinomio característico tenga una raíz racional, y las matrices mayores que se descomponen en raíces racionales más un cuadrático.

Cuando el polinomio no se factoriza así —un cúbico irreducible, o un cuártico con raíces irracionales—, la calculadora pasa al algoritmo QR en doble precisión. Reduce la matriz a forma de Hessenberg, aplica pasos QR con desplazamiento hasta que la subdiagonal se anula, y encuentra los vectores propios por iteración inversa. Espera unas diez cifras correctas en una matriz bien condicionada. Un valor propio cuya parte imaginaria sea inferior a 10⁻⁹ de su tamaño se muestra como real, y la página indica qué método usó.

Ejemplos desarrollados

A = [4 1; 2 3]. La traza es 7 y el determinante 10, así que p(λ) = λ² − 7λ + 10 = (λ − 2)(λ − 5). Para λ = 2 el vector propio es (1, −2), y para λ = 5 es (1, 1). Entonces P tiene columnas (1, −2) y (1, 1), D = diag(2, 5), y A = PDP⁻¹.

A = [1 1; 1 0] (la matriz de Fibonacci). Aquí p(λ) = λ² − λ − 1 tiene discriminante 5 y ninguna raíz racional, así que los valores propios son (1 + √5)/2 ≈ 1,618034 —la razón áurea— y (1 − √5)/2 ≈ −0,618034, con vector propio ((1 + √5)/2, 1) para el primero.

A = [0 −1; 1 0], una rotación de 90°, tiene p(λ) = λ² + 1, así que sus valores propios son i y −i: ningún vector real conserva su dirección. La matriz de permutación cíclica con filas (0, 1, 0), (0, 0, 1), (1, 0, 0) tiene p(λ) = λ³ − 1 = (λ − 1)(λ² + λ + 1), así que sus valores propios son 1 y las raíces cúbicas complejas de la unidad (−1 ± i√3)/2. A = [2 1; 0 2] tiene λ = 2 con multiplicidad algebraica 2 pero solo una dirección de vector propio, así que es defectiva y no puede diagonalizarse.

La matriz tridiagonal 4 × 4 con 2 en la diagonal y −1 a los lados tiene un espectro irracional, así que se calcula numéricamente: sus valores propios son 0,381966, 1,381966, 2,618034 y 3,618034, que coinciden con 2 − 2cos(kπ/5) para k = 1 a 4.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se encuentran los valores propios de una matriz 2×2?
Calcula la traza y el determinante, escribe λ² − (traza)λ + (determinante) = 0 y resuélvela. Para [4 1; 2 3] eso es λ² − 7λ + 10 = 0, así que λ = 2 y λ = 5. Si el discriminante es negativo, los valores propios son complejos conjugados.
¿Cómo se encuentran los vectores propios una vez que tienes los valores propios?
Para cada valor propio λ, resuelve (A − λI)v = 0, normalmente por reducción de filas. Las soluciones forman el espacio propio; cualquier vector no nulo de él es un vector propio, así que los vectores propios solo están definidos salvo un múltiplo escalar.
¿Puede una matriz real tener valores propios complejos?
Sí. Los valores propios complejos de una matriz real vienen en pares conjugados. Una rotación del plano de un ángulo distinto de 0° o 180° no tiene ningún vector propio real, así que sus valores propios son complejos.
¿Qué significa que un valor propio sea 0?
Que la matriz es singular: det A = 0, porque el determinante es el producto de los valores propios, y los vectores propios para 0 son las soluciones no nulas de Ax = 0. La multiplicidad de 0 indica cuánto del espacio colapsa la matriz.
¿Cuándo es diagonalizable una matriz?
Cuando tiene n vectores propios linealmente independientes. Los valores propios distintos lo garantizan, y también una matriz real simétrica. Un valor propio repetido puede impedirlo si su espacio propio es demasiado pequeño, como en [2 1; 0 2].
¿Por qué algunos valores propios se muestran como decimales?
Para matrices de 5 × 5 y 6 × 6, y para cúbicos sin raíz racional, no hay una fórmula de raíces que esta herramienta aplique, así que usa el algoritmo QR. Esos valores son precisos con unas diez cifras; el polinomio característico que se muestra junto a ellos sigue siendo exacto.

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