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Matemática · Glossário

O que é Polinômio característico?

Também chamado de: multiplicidade algébrica · multiplicidade geométrica

Definição 3.3 Matemática universitária — Graduação 2 · Capítulo 3 — Redução de endomorfismos

χu(X)=det⁡(X id−u)\chi_u(X) = \det(X\,\mathrm{id} - u) — calculado em qualquer base como det⁡(XIn−A)\det(XI_n - A), um polinômio mônico de grau nn, invariante por semelhança (Teorema 2.17). Suas raízes em KK são exatamente os autovalores (λ\lambda é autovalor   ⟺  u−λ id\iff u - \lambda\,\mathrm{id} não injetivo   ⟺  χu(λ)=0\iff \chi_u(\lambda) = 0), e

χu(X)=Xn−(tr⁡u) Xn−1+⋯+(−1)ndet⁡u.\chi_u(X) = X^n - (\operatorname{tr} u)\, X^{n-1} + \dots + (-1)^n \det u .

A multiplicidade algébrica mλm_\lambda de um autovalor é sua multiplicidade como raiz de χu\chi_u; a multiplicidade geométrica é dim⁡Eλ\dim E_\lambda, e 1≤dim⁡Eλ≤mλ1 \leq \dim E_\lambda \leq m_\lambda.

Exemplos

Exemplo 3.4 (Mesmo χ\chi, geometria diferente)

As matrizes

(2002)e(2102)\begin{pmatrix}2 & 0\\ 0 & 2\end{pmatrix} \qquad\text{e}\qquad \begin{pmatrix}2 & 1\\ 0 & 2\end{pmatrix}

têm o mesmo polinômio característico (X−2)2(X - 2)^2, o mesmo traço, o mesmo determinante, o mesmo espectro — e no entanto não são semelhantes: a primeira tem E2E_2 de dimensão 22 (multiplicidade geométrica 22), a segunda de dimensão 11. O polinômio característico enxerga apenas multiplicidades algébricas; as dimensões dos autoespaços são o invariante mais fino, e o polinômio minimal arbitra (X−2X - 2 contra (X−2)2(X - 2)^2). Moral para toda discussão de diagonalizabilidade: χ\chi seleciona os candidatos, mas são os núcleos que depositam os votos.

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