¿Cuál es la intuición matemática sobre por qué la eliminación gaussiana no conserva los vectores propios (y los valores propios)?

Este hecho no requiere explicación. En cambio, lo contrario requeriría explicación, si fuera cierto (lo cual, por supuesto, no lo es, ya que la eliminación gaussiana de hecho no conserva los vectores propios y los valores propios). Es así: ¿por qué cuando sumas dos cuadrados perfectos, generalmente no obtienes otro cuadrado perfecto? Eso no necesita explicación, porque no hay una razón a priori para creer que la propiedad de ser un cuadrado perfecto debe preservarse mediante la adición.

Quizás piense que se supone que la eliminación gaussiana produce una matriz similar a la original. Pero no lo es. De hecho, realizar la eliminación gaussiana solo en una matriz invertible eventualmente destruye toda la información que contiene la matriz, reduciéndola a la matriz de identidad. Esto está funcionando según lo previsto. La utilidad de la eliminación gaussiana proviene de lo que hace a las columnas que “vienen para el viaje”. Es totalmente diferente de una transformación de similitud, que simplemente re-expresa la misma transformación lineal con respecto a una base diferente, y en cierto sentido conserva la “esencia” de la matriz.

Suponga que [math] Ax = y [/ math], donde [math] A [/ math] es una matriz cuadrada y [math] x [/ math] es un vector de columna. El elemento [math] i [/ math] -th del vector de producto [math] y [/ math] es [math] r_i \ cdot x [/ math], donde [math] r_i [/ ​​math] es [math ] i [/ math] -th fila de [math] A [/ math].

Si cambia solo la fila [math] i [/ math] -th de [math] A [/ math], entonces solo el elemento [math] i [/ math] -th de [math] y [/ math] es cambiado En otras palabras, puede cambiar solo un elemento de [math] y [/ math] sin cambiar ningún otro, cambiando solo la fila correspondiente de [math] A [/ math].

Obviamente, si cambia los elementos de un vector propio uno a la vez, no seguirá siendo un vector propio cada vez. Esto podría ayudarlo a ver por qué los vectores propios (y los valores propios) de una matriz cambian cuando realiza operaciones de fila en ella.

La eliminación gaussiana intenta encontrar una matriz inversa, dada una matriz [matemática] G [/ matemática], utiliza la eliminación gaussiana para encontrar una matriz [matemática] G ^ {- 1} [/ matemática], de modo que [matemática] I = GG ^ {- 1} [/ math], donde [math] I [/ math] es una matriz de identidad.

Los vectores propios y los valores propios intentan estudiar una matriz como una transformación, intentan comprender cuáles son las contribuciones (valores propios) de diferentes componentes (vectores propios) a la transformación.

Desea estudiar los sistemas propios de las matrices después de la eliminación gaussiana,
1. puede elegir la matriz de identidad, que es solo la base de los vectores propios y los valores propios de la unidad, realmente no hay nada sobre qué estudiar.
2. puede elegir la matriz [matemática] G ^ {- 1} [/ matemática], que tendrá vectores propios “inversos” y valores propios de la matriz [matemática] G [/ matemática].
3. si quieres estudiar matriz [matemáticas] G [/ matemáticas], realmente nada cambió.

Realizar una operación de fila elemental en una matriz es equivalente a multiplicarlo por una matriz elemental, y la multiplicación de la matriz cambia los valores propios / vectores propios de maneras impredecibles.

Con la eliminación gaussiana, puede transformar una matriz en la matriz de identidad, que solo tiene múltiples 1 para valores propios, y sus vectores propios son cualquier vector.