剪断ひずみと固有ベクトル
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2014.01.20


1mm × 1m の長方形が1000個あります。 1mm毎に目盛りが付けられています。
それらをすべてすきまなく敷き詰めて 1m × 1m の正方形を作ります。
下から n 個目の長方形の左から m 個目の目盛りを で表します。
すると、 に対する位置ベクトルは で表されます。

  この 1m × 1m の正方形に 「 剪断ひずみ 」 を与え、 1つ上の長方形が1つ下の長方形よりも1mmだけ右にずれるようにすると、 マクロ的に下図のような平行四辺形になります。

          

  このとき位置ベクトル はどのようなベクトルに変形されるのか考えてみましょう。
  まず、 で表される位置ベクトルは、 で表される位置ベクトルのままです。
  次に、 で表される位置ベクトルは、 で表されるベクトルになります。
  その次に、 で表される位置ベクトルは、 で表されるベクトルになります。

  要するに、 という変換になっています。 これをテンソルを使って表現すると、 次のようになります。
     

このベクトル写像においては、 大きさが1の固有ベクトルと固有値は、 次のようになります。

     固有ベクトル( 1,0 )   固有値 1

  テンソルの表現行列は ですので、 これを 十進BASIC > 十進BASIC_行列 > 固有ベクトルを求める の中のプログラムを使って確かめると、 間違いありませんでした。