线性代数_第五章习题选讲

  • 格式:pdf
  • 大小:88.30 KB
  • 文档页数:4

第五章习题选讲

5、设0λ≠

是AB的特征值,则

λ也是BA的特征值,其中A是

mn×

矩阵,B为

n矩阵。

m×证明:11

()()1

EABAEABAAEAAABAλλλ−−−

−=−=− 11

()EAAAABAEBAλλ−−

=−=−

6证明:正交矩阵的实特征值为

证明:设A为正交矩阵,其特征值为

λ,

α为属于特征值

λ的特

征向量,即

Aαλα=

()()TT

AAααλαλ=α

即 2TTT

AAααλαα=

即 2TTααλαα= (T

AAE=)

2

11λλ=⇒=±

7、设11

22

,,

nnab

ab

abαβ⎛⎞⎛⎞

⎜⎟⎜⎟

⎜⎟⎜⎟

==

⎜⎟⎜⎟

⎜⎟⎜⎟

⎝⎠⎝⎠󰀣󰀣0,0αβ≠≠,且

0Tαβ=,记T

Aαβ=,求A

的特征值与特征向量。

证明:设

λ为A的一个特征值,对应于

λ的特征值的特征向量为

γ

(0γ≠

)。

()()

2

()()TTTTTTT

Aαβαβαβαβααββ===0=

所以2

00λλ=⇒=

即矩阵A的全部特征值全为0;

不妨设

,αβ中分量

110,0,ab≠≠则

(0)0EAX−=,即: 1112111121

1

1

12()

000nn

i

i

nnnnabababababab

a

ii

a

ababab−−−−−−

⎛⎞⎛⎞

⎜⎟⎜

+×−

⎜⎟⎜

⎜⎟⎜⎟

−−−

⎝⎠⎝⎠󰀢󰀢

󰀢󰀢󰀢󰀢󰀢󰀢󰀢󰀢

󰁊󰁊󰁊󰁊󰁊󰁊󰁊󰁊󰁊󰁊󰁊󰁊󰁊󰁇

󰀢󰀢⎟

⎟ 12

1

11

()

000nbbb

i

a⎛⎞

⎜⎟

×−

⎜⎟

⎜⎟

⎝⎠󰀢

󰀢󰀢󰀢󰀢

󰁊󰁊󰁊󰁊󰁊󰁊󰁊󰁊󰁊󰁇

󰀢

2

1

1(,1,0,,0)Tb

bη=−󰀢,

3

2

1(,0,1,,0)Tb

bη=−󰀢

,󰀢

n-1

1(,0,0,,1)T

nb

bη=−󰀢

则A的属于特征值零的特征向量为:

112211121(,,,)

nnnkkkkkkηηη

−−−+++󰀢󰀢不全为零

8、设A为n阶矩阵,

12,λλ

是A的两个不同的特征值,

12,αα

别是A的属于

1,

2λλ

的特征向量,证明

12αα+不是A的特征值。

证明:(反证法)若

12αα+是A的特征值,它所对的特征值是

λ,

1212()()Aααλαα+=+

2 又

12121()AAAααααλαλα+=+=+

0 则

1122()()λλαλλα−+−=

因为

12,λλ

是A的两个不同的特征值,

所以

1λλ−,

2()λλ−

不全为零,则

12,αα

线性相关,

与题目矛盾,所以

12αα+不是A的特征值。

12、如果矩阵A可逆,则。 BAAB∼

证明:11

()()AABAAABABABAAB−−

==⇒∼

21、设A是n阶实对称矩阵,且2

AA=,证明存在正交矩阵使

得 Q

1

1

0

0T

QAQ⎛⎞

⎜⎟

⎜⎟

⎜⎟

=

⎜⎟

⎜⎟

⎜⎟

⎜⎟

⎝⎠󰀥

󰀥

证明:因为2

AA=,所以22

()()AAAAAααλα====λα

又2

AAααλα==,则2

(1)λαλαλλα0−=−=

所以

01λ=或

因为A为n阶实对称矩阵,

所以存在正交阵Q,使得T

QAQ=Λ

其中的对角元素均为A的特征值,若,则

Λ()rAr=

()()rArr=Λ=,所以A的特征值中有r个特征值为1,其余全为0,即

1

1

0

0⎛⎞

⎜⎟

⎜⎟

⎜⎟

Λ=

⎜⎟

⎜⎟

⎜⎟

⎜⎟

⎝⎠󰀥

󰀥

23、设A,B是n阶实对称矩阵,如果A,B的特征多项式相同,

则存在正交矩阵Q,使得1

QAQB−

=。

证明:因为是对称矩阵必正交相似于对角矩阵,且A,B的特征

多项式相同,即特征值相同;

因为存在正交矩阵,分别使得

,ST

1

1

nSASλ

λ−⎛⎞

⎜⎟

=Λ=

⎜⎟

⎜⎟

⎝⎠󰀥,1

1

nTBTλ

λ−⎛⎞

⎜⎟

=Λ=

⎜⎟

⎜⎟

⎝⎠󰀥

所以,即11

SASTBT−−

=11

TSASTB−−

=,令,

QST=

可知Q为正交矩阵,且1

QAQB−

=

24、设n阶矩阵

21

1

1Aaρρ

ρρ

ρρ⎛⎞

⎜⎟

⎜⎟

=

⎜⎟

⎜⎟

⎝⎠󰀢

󰀢

󰀢󰀢󰀢󰀢

󰀢

其中,

0(0)aR≠∈1ρ<<,求A的最大特征值。

证明:222

22

22aaa

aaa

EA

aa2

2

aλρρ

ρλρ

λ

ρρλ−−−

−−−

−=

−−−󰀢

󰀢

󰀢󰀢󰀢󰀢

󰀢

22

22

22111

[(1)]aaa

ana

aa2

2

aρλρ

λρ

ρρλ−−−

=−−−

−−−󰀢

󰀢

󰀢󰀢󰀢󰀢

󰀢各行加到第一行

222

22

22111

00

[(1)]

00aaa

ana

aaρλρ

λρ

λρ×−+

=−−−

−+󰀢

󰀢

󰀢󰀢󰀢󰀢

󰀢第一行

加到其余各行

2222

[(1)](n

anaaaλρλ1

)ρ−

−−−−+=

2

1[1(1)]anλρ=+−,2

23(1)

naλλλρ====−󰀢

因为

01ρ<<,1(1)1nρρ+−>−

,又因为 2

0a>

所以22

[1(1)](1)anaρρ+−>−

因此A的最大特征值是2

[1(1)]anρ+−