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1．利用行列式展开定理证明：当βα≠时，有1100010001000001n n n D αβαβαβαβαβαβαβαβαβαβ+++++-==-++． 证：将行列式按第一行展开，得12()n n n D D D αβαβ--=+-，则211223()()n n n n n n D D D D D D βαβαβ------=-=-22221()[()()]n n n D D αβααβαββαβα--==-=+--+=，所以1n n n D D βα--=． （1）由n D 关于α与β对称，得1n n n D D αβ--=． （2）由（1）与（2）解得11n n n D αβαβ++-=-．2．已知1326、2743、5005、3874都能被13整除，不计算行列式的值，证明4783500534726231能被13整除．证：41424310001001013261321326274327427435005500500538743873874c c c cc c +++=．由已知，得后行列式的第4列具有公因子13，所以原行列式能被13整除．3．证明:222244441111()()()()()()()a b c d a b a c a d b c b d c d a b c d a b c d a b c d =------+++．证： 构造5阶行列式222225333334444411111a b c d x D a b c d x a b c d x a b c d x =， 则5()()()()()()()()()()D b a c a d a c b d b d c x a x b x c x d =----------． （1）将5D 按第5列展开，得435222222223333444411111111()a b c d a b c d D x x abcdabcda b c d a b c d =+-+． （2）比较（1）与（2）右边3x 的系数，知结论成立．4．证明：当b a 4)1(2=-时，齐次线性方程组⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=++++=+-+=+++=+++0)(,03,02,04321432143214321x b a x a x x x x x x x x x x ax x x x 有非零解．证：方程组的系数行列式21111211(1)4113111a D ab aa b==---+，当0D =，即b a 4)1(2=-时，方程组有非零解．5．若A 为n 阶对称矩阵，P 为n 阶矩阵，证明TP AP 为对称矩阵． 证： 因为()()T A ATTTTT TT P AP P A P P AP ===，所以T P AP 为对称矩阵．6．设,,A B C 都是n 阶矩阵，证明：ABC 可逆的充分必要条件是,,A B C 都可逆． 证：ABC 可逆000,0,0ABC A B C A B C ⇔≠⇔⋅⋅≠⇔≠≠≠⇔,,A B C 都可逆．7．设n 阶方阵A 满足23AA O -=，证明2A E -可逆，并求()12A E --．证： 由23A A O -=，得(2)()2A E A E E --=，即(2)2A EA E E --=， 所以2A E -可逆，且()12A E --=2E A -．8．设A 为n 阶矩阵，且O A =3，证明A E -及A E +都是可逆矩阵．证： 由2A O =，得2()()E A E A A E -++=及2()()E A E A A E +-+=，所以A E -及A E +都是可逆矩阵．9．（1）设1P AP B -=，证明1kkB P A P -=．（2）设PB AP =，且100100210,000211001P B ⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪=-= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭，求A 与2011A ．证： （1）111111()()()()kkk B P AP P A PP A PP PP AP P A P ------===．（2）由PB AP =，得1A PBP -=，且201120111APB P -=．又12011100100210,000411001P B B -⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪=-== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭，所以20111100200,611A A PBP A -⎛⎫⎪=== ⎪ ⎪--⎝⎭．10．（1）设O B A C O ⎛⎫= ⎪⎝⎭，且m 阶矩阵B 和n 阶矩阵C 均可逆，试证明111O C A BO ---⎛⎫= ⎪⎝⎭． （2）设矩阵12100000000000n na a A a a -⎛⎫ ⎪ ⎪⎪= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭，其中12,,,n a a a 为非零常数，求1A -．证： （1）因为1111O B E O O C BB O E C O O E BO O CC ----⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭，所以A 可逆，且 111O C A BO ---⎛⎫= ⎪⎝⎭．（2）将矩阵进行如下分块：121000000000000n na a O B A a C O a -⎛⎫ ⎪ ⎪⎪⎛⎫==⎪ ⎪⎝⎭⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭， 则111O C A BO ---⎛⎫= ⎪⎝⎭．又111111121(,,,),()n n B diag a a a Ca -------==，所以 1A -=⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----000000000001112111n n a a a a．11．设A 为n 阶矩阵，满足256A A E O ++=，证明：(2)(3)R A E R A E n +++=． 证： 由256A A E O ++=，得(2)(3)A E A E O ++=，所以(2)(3)R A E R A E n +++≤.又(2)(3)(2)(3)()R A E R A E R A E R A E R E n +++=--++≥=，所以(2)(3)R A E R A E n +++=.12．证明：（1）设,A B 为矩阵，则AB BA -有意义的充分必要条件是,A B 为同阶矩阵．（2）对任意n 阶矩阵,A B ，都有AB BA E -≠，其中E 为单位矩阵． 证：（1）设A 为m n ⨯矩阵，B 为s t ⨯矩阵，则AB BA -有意义,,,.n s t m m n s t m s t n =⎧⎪=⎪⇔⇔===⎨=⎪⎪=⎩， 即,A B 为同阶矩阵．（2）设(),()ij n n ij n n A a B b ⨯⨯==，则BA AB -的主对角线上元素之和为111111110n nn n n n n nik kist ts ik ki ts st i k s t i k t s ab b a a b a b ========-=-=∑∑∑∑∑∑∑∑，而E 的主对角线上元素之和为n ，所以AB BA E -≠．13．证明：任意n 阶矩阵都可表示为一个对称矩阵与一个反对称矩阵的和． 证： 设A 为任意n 阶矩阵，则22T TA A A A A +-=+，其中为2T A A +对称矩阵，2TA A -为反对称矩阵．（你是否能联系到函数可以表示为奇函数与偶函数之和）14．已知n 阶矩阵B A ,满足B A AB +=，试证E A -可逆，并求1()A E --． 证： 由B A AB +=，得()()A E B E E --=，所以E A -可逆，且E B E A -=--1)(．15．设A 为元素全为1的)1(>n n 阶方阵，证明：()A n E A E 111--=--． 证： ()211()111n E A E A E A A n n n --=-+---．又2A nA =，故 ()1()1E A E A E n --=-， 所以()A n E A E 111--=--．16．设n 阶矩阵A 与B 等价，且0A ≠，证明0B ≠．证： A 与B 等价，则存在n 阶可逆矩阵P 与Q ，使得B PAQ =，有0B PAQ P A Q ==⋅⋅≠．注：此结论告诉我们初等变换不改变矩阵的可逆性．17．设A 为n 阶方阵，且A A =2，证明()()n E A R A R =-+．证： 因为2()A A E A A O -=-=，所以()()R A R A E n +-≤．又()()()()()R A R A E R A R A E R E n +-=+-+≥=，所以()()n E A R A R =-+．18．设A 是n m ⨯矩阵，B 是m n ⨯矩阵，其中n m <．若AB E =，其中E 为n 阶单位矩阵．证明方程组BX O =只有零解．证： 由AB E =，得()R AB n =．又()()n R B R AB n ≥≥=，得()R B n =，所以方程组BX O =只有零解．19．（1）设nR ∈α，证明：α线性相关当且仅当0α=．（2）设n R ∈21,αα，证明：21,αα线性相关当且仅当它们对应的分量成比例． 证：(１) α线性相关0,0k k α⇔=≠⇔0α=．（2）21,αα线性相关11220k k αα⇔+=，其中12,k k 不全为零．不妨设10k ≠，则21,αα线性相关21221()k l k ααα⇔=-=，即21,αα对应的分量成比例．20．任取nR ∈4321,,,αααα，又记,,,433322211ααβααβααβ+=+=+=144ααβ+=，证明4321,,,ββββ必线性相关．证： 显然13123424ββααααββ+=+++=+，即1234(1)(1)0ββββ+-++-=，所以4321,,,ββββ必线性相关．21．设12,,,n s R ααα∈为一组非零向量，按所给的顺序，每一(1,2,,)i i s α=都不能由它前面的1-i 个向量线性表示，证明向量组12,,,s ααα线性无关．证： 用数学归纳法证明．1s =时，10α≠，则1α线性无关．设s m =时成立，即12,,,mααα线性无关．当1s m =+时，若121,,,,m m αααα+线性相关，则1m α+可由12,,,m ααα线性表示，矛盾，所以向量组12,,,s ααα线性无关．22．设非零向量β可由向量组12,,,s ααα线性表示，证明：表示法唯一当且仅当向量组12,,,s ααα线性无关．证： β可由向量组12,,,s ααα线性表示1212(,,,)(,,,|)s s R R ααααααβ⇔=．则表示法唯一1122s s x x x αααβ⇔+++=有唯一解1212(,,,)(,,,|)s s R R s ααααααβ⇔== 12(,,,)s R s ααα⇔=⇔12,,,s ααα线性无关．23．设12,,,n n R ααα∈，证明：向量组12,,,n ααα线性无关当且仅当任一n 维向量均可由12,,,n ααα线性表示．证： 必要性：12,,,n ααα线性无关，任取n R β∈，则12,,,,n αααβ线性相关，所以β可由12,,,n ααα线性表示．充分性：任一n 维向量均可由12,,,n ααα线性表示，则单位坐标向量12,,,n e e e 可由12,,,n ααα线性表示，有1212(,,,)(,,,)n n n R e e e R n ααα=≤≤，所以12(,,,)n R n ααα=，即12,,,n ααα线性无关．24. 设A ：1,,s αα和B ：1,,t ββ为两个同维向量组，秩分别为1r 和2r ；向量组C A B =的秩为3r ．证明：{}21321,m ax r r r r r +≤≤．证： 先证{}123max ,r r r ≤．显然A 组与B 组分别可由C 组线性表示，则13r r ≤，且23r r ≤，所以{}123max ,r r r ≤．次证312r r r ≤+．设11,,i ir αα为A 组的一个极大无关组，21,,i ir ββ为B 组的一个极大无关组，则C 组可由1211,,,,,i ir i ir ααββ线性表示，有1231112(,,,,,)i ir i ir r R r r ααββ≤≤+．25．设B 为n 阶可逆阵，A 与C 均为n m ⨯矩阵，且C AB =．试证明)()(C R A R =． 证： 由C AB =，知C 的列向量组可由A 的列向量组线性表示，则()()R C R A ≤．因为B 可逆，则1A CB -=，知A 的列向量组可由C 的列向量组线性表示，则()()R A R C ≤．所以)()(C R A R =．26．设A 为n m ⨯矩阵，证明：O A =当且仅当0)(=A R ． 证： 必要性显然，下证充分性：()0R A A O =⇒=．设α为A 的任一列向量，则()()0R R A α≤=，所以()00R αα=⇒=．由α的任意性知O A =．27．设T T T )1,5,2(,)1,0,1(,)3,1,2(321---=-=-=ααα．证明向量组123,,ααα是3R 的一组基，并求向量T)3,6,2(=β在这组基下的坐标．证： 由123710021222(,,|)10560108311310012r αααβ⎛⎫ ⎪---⎛⎫⎪⎪=-−−→- ⎪⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭- ⎪⎝⎭，得123,,ααα是3R 的一组基，且β在这组基下的坐标为71(,8,)22--．28．设m ξξξ,,,21 是齐次线性方程组0=AX 的基础解系，求证122,,,m ξξξξ+也是0=AX 的基础解系．证： 显然122,,,m ξξξξ+是0=AX 的解，只需证明它们线性无关．1221212100110(,,,)(,,,)(,,,)001m m m m m K ξξξξξξξξξξ⨯⎛⎫⎪⎪+== ⎪⎪⎝⎭．由10K =≠，得 12212(,,,)(,,,)m m R R m ξξξξξξξ+==，所以122,,,mξξξξ+线性无关．29．设A 是n 阶方阵．证明：存在一个n 阶非零矩阵B ，使AB O =的充要条件是0=Α． 证： 存在B O ≠，使得0AB O AX =⇔=有非零解0A ⇔=．30．设A 是n 阶方阵，B 为s n ⨯矩阵，且n B R =)(．证明： （1）若AB O =，则A O =； （2）若B AB =，则n E A =．证： （1）AB O =，则()()R A R B n +≤．又()()0R B n R A A O =⇒=⇒=． （2）()AB B A E B O =⇒-=．由（１）得A E O A E -=⇒=．31．设s ααα,,,21 为n 维非零向量，A 为n 阶方阵，若,,,3221 αααα==A A s s A αα=-1, ，0=s A α，试证明s ααα,,,21 线性无关． 证： 设1122110s s s s x x x x αααα--++++=． 该式两边左乘以A ，得122310s s x x x ααα-+++=依此类推，得10s x α=．由0s α≠，得10x =．同理可证20,,0s x x ==．所以s ααα,,,21 线性无关．32．设32321211,,αααααααα+=+==A A A ，其中A 为3阶方阵，321,,ααα为3维 向量，且01≠α，证明321,,ααα线性无关．证： 设1122330x x x ααα++=． （1） （1）式两边左乘以A ，得12123233()()0x x x x x ααα++++=． （2） （2）减去（1），得21320x x αα+=． （3） （3）式两边左乘以A ，得23132()0x x x αα++=． （4） （4）减去（3），得310x α=．因为10α≠，所以30x =．代入（３），得210x α=，所以20x =．代入（1），得110x α=，所以10x =． 所以321,,ααα线性无关．33．设A 为n 阶方阵，α为n 维列向量．证明：若存在正整数m ，使0=αmA ，而01≠-αm A ，则1,,,m A A ααα-线性无关．证： 设10110m m x x A x A ααα--+++=，该式两边左乘以1m A -，得100m x A α-=．因为01≠-αm A，所以00x =．同理可证110m x x -===．所以1,,,m A A ααα-线性无关．34．设向量组A 的秩与向量组B 相同，且A 组可由B 组线性表示，证明A 组与B 组等价． 证： 设r B R A R ==)()(，r ααα,,,21 为A 组的一个极大无关组，r βββ,,,21 为B 组的一个极大无关组．由A 组可由B 组线性表示，得r r r r K ⨯=),,,(),,,(2121βββααα .又12,,,()()r r R K R r ααα≥≥=，则r K R =)(，即K 为可逆矩阵，有 11212(,,,)(,,,)r r K βββααα-=，即r βββ,,,21 可由r ααα,,,21 线性表示，所以B 组可由A 组线性表示.故A 组与B 组等价．35．设向量组A ：s ααα,,,21 线性无关，向量组B ：12,,,r βββ能由A 线性表示为1212(,,,)(,,,)r s s r K βββααα⨯=，其中s r ≤，证明：向量组B 线性无关当且仅当K 的秩r K R =)(． 证： 向量组B 线性无关121,,,)(0r r X βββ⨯⇔=只有零解121(,,,)()0s s r r K X ααα⨯⨯⇔=只有零解12,,,10s s r r K X ααα⨯⨯=⇔线性无关只有零解()R K r ⇔=．36．设B A ,都是n m ⨯矩阵，试证明：)()()|()(B R A R B A R B A R +≤≤+．证： 先证()(|)R A B R A B +≤．显然A B +的列向量组可由A 的列向量组和B 的列向量组线性表示，则()(|)R A B R A B +≤．此证(|)()()R A B R A R B ≤+．设(),()R A r R B s ==，ˆA 与ˆB 分别为A 与B 的列向量组的一个极大无关组，则(|)A B 的列向量组可由ˆA与ˆB 线性表示，有 (|)()()R A B r s R A R B ≤+=+，即(|)()()R A B R A R B ≤+．37．设321,,ααα是3R 的一组基，211ααβ+=，322ααβ+=，133ααβ+=．（1）证明123,,βββ是3R 的一组基；（2）求由基321,,ααα到基123,,βββ的过渡矩阵；（3）若向量γ在基321,,ααα下的坐标为)0,0,1(，求向量γ在基123,,βββ下的坐标．证： 123123101,,)(,,)110011(βββααα⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭． （１）（１）由10111001120=≠，得123123,,),)3((,R R βββααα==，则123,,βββ线性无关，所以123,,βββ是3R 的一组基．（2）由（１）式，得由基321,,ααα到基123,,βββ的过渡矩阵101110011⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭． （3）γ在基123,,βββ下的坐标1110111111111001110201101110Y P X ---⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪ ⎪⎪=-= ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎝⎭=⎭=111(,,)222T -．38．设A 为r m ⨯矩阵，B 为n r ⨯矩阵，且AB O =．求证： （1）B 的各列向量是齐次线性方程组0AX =的解； （2）若r A R =)(，则B O =；（3）若B O ≠，则A 的各列向量线性相关． 证： （1）令12(,,,)n B βββ=．由AB O =，得12(,,,)(0,0,,0)n A A A βββ=，即0,1,2,,j A j n β==，所以B 的各列向量是齐次线性方程组0AX =的解．（2）若r A R =)(，则0AX =只有零解，所以B O =．（3）若B O ≠，则0AX =有非零解，所以A 的各列向量线性相关．39．设A 为n 阶方阵（2≥n ），证明：（1）当n A R =)(时，n A R =*)(； （2）当1)(-=n A R 时，1)(=*A R ；（3）当1)(-<n A R 时，0)(=*A R ．证： （1）当n A R =)(时，1*00n A A A-≠⇒=≠，所以()R A n *=．（2）当1)(-=n A R 时，由*AA A E O ==，得*()()R A R A n +≤有*()1R A ≤．又A 中至少有一个1n -阶子式不为零，则**()1A O R A ≠⇒≥，所以()1R A *=．（3）当1)(-<n A R 时，则A 中所有一个1n -阶子式全为零，有**()0A O R A =⇒=．40．设矩阵A 满足等式2340A A E --=，试证明A 的特征值只能取值1-或4． 证： 设λ为A 的特征值．由2340A A E --=，得λ满足2340λλ--=，解得1λ=-或4λ=．41．设方阵A 满足T A A E =，其中TA 是A 的转置矩阵，E 为单位阵．试证明A 的实特征向量所对应的特征值的模等于1．证： 设X 为A 的实特征向量，对应的特征值为λ，则AX X λ=．由TA A E =，得T T T T X A AX X EX X X ==，即()()TTAX AX X X =，有2T T X X X X λ=．又0TX X >，则21λ=，所以1λ=．42．设矩阵A 与B 相似，试证：（1）T A 与T B 相似； （2）当A 可逆时，1-A 与1-B 相似． 证： A 与B 相似，则存在可逆矩阵P ，使得1B P AP -=．（1）111)(()()TTTTTTT TP AP P A P P B A P ---===． 因为T P 也可逆，所以T A 与TB 相似．（2）111111111)()(P AP P A P B P A P ---------===，所以1-A 与1-B 相似．43．设B A ,都是n 阶实对称矩阵，证明A 与B 相似的充要条件是A 与B 有相同的特征值． 证： 必要性：A 与B 相似，则存在可逆阵P ，使得1P AP B -=．有111|||||()|||||||||B E P AP E P A E P P A E P A E λλλλλ----=-=-=⋅-⋅=-，所以A 与B 有相同的特征多项式，即有相同的特征值．充分性：若实对称矩阵A 与B 有相同的特征值，设n λλλ ,,21为它们的特征值．令12(,,,)n diag λλλΛ=．则A 与Λ相似，B 与Λ相似，所以A 与B 相似．44．设A 为3阶矩阵，21,αα为A 的分别属于特征值1,1-的特征向量，向量3α满足323ααα+=A ．（1）证明321,,ααα线性无关； （2）令),,(321ααα=P ，求AP P 1-．证： （1）设1122330x x x ααα++=， （1） （1）式两边左乘以A ，得1123233()0x x x x ααα-+++=． （2） （1）-（2），得113220x x αα-=．显然21,αα线性无关，则130,0x x ==．代入（１），得220x α=，有20x =，所以321,,ααα线性无关．（2）1231231223(,,)(,,)(,,)AP A A A A αααααααααα===-+123100100(,,)011011001001P ααα--⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭，即100011001AP P -⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭．由第一部分知P 可逆，所以1100011001P AP --⎛⎫⎪= ⎪ ⎪⎝⎭．45．设B A ,均为n 阶方阵，且n B R A R <+)()(．试证：B A ,有公共的特征向量．证： 考虑方程组10n A X B ⨯⎛⎫= ⎪⎝⎭，其系数矩阵的秩()()A R R A R B n B ⎛⎫≤+< ⎪⎝⎭， 则方程组有非零解ξ，即0A B ξ⎛⎫= ⎪⎝⎭，故0,0A B ξξ==，即0λ=是,A B 的公共特征值，ξ是,A B 属于特征值0λ=的公共的特征向量．46．设A 是n 阶方阵，且满足n A E R A E R =-++)()(．试证:E A =2． 证： 设()R E A r +=．（1） 若0r =，则0=+A E ，即A E =-，有E A =2．（2）若r n =，则()0R E A -=，即A E =，有E A =2．（3）若n r<<0，则()0A E X +=的基础解系12,,,n r ααα-就是A 的属于特征值1-的线性无关特征向量；又()R E A n r -=-，则()0A E X -=的基础解系12,,,r βββ就是A 的属于特征值1的线性无关特征向量；从而A 有n 个线性无关特征向量：1212,,,,,,,n r r αααβββ-，所以A 能相似对角化．令()1212,,,,,,,n r r P αααβββ-=，有1n rr E O P AP OE ---⎛⎫=Λ=⎪⎝⎭， 则1n rn r E O A P P OE ----⎛⎫=⎪⎝⎭，所以E A =2．47．n 阶矩阵B A ,满足B A AB +=，证明1=λ不是A 的特征值．证： 由B A AB +=，得()()A E B E E --=，所以A E -可逆，有0≠-E A ，所以1=λ不是A 的特征值．48．证明：若矩阵A 正定，则矩阵A 的主对角线元素全大于零． 证： 设实对称矩阵()ij n n A a ⨯=正定，则二次型11n nTij iji j f X AX a x x====∑∑正定．取1110,,0,1,0,,0i i i n x x x x x -+=====，则0ii f a =>．由i 的任意性，所以A 的主对角线元素全大于零．。
线性代数考试题库及答案第一部分 客观题（共30分）一、单项选择题（共 10小题，每小题2分，共20分）1. 若行列式111213212223313233a a a a a a d a a a =，则212223111213313233232323a a a a a a a a a 等于 ( ) (A) 2d (B) 3d (C) 6d (D) 6d -2. 设123010111A ⎛⎫ ⎪=- ⎪ ⎪⎝⎭，ij M 是A 中元素ij a 的余子式，则313233M M M -+=（ ）(A) 0 (B) 1 (C) 2 (D) 3 3. 设A 为n 阶可逆矩阵，则下列各式恒成立的是（ ） (A) |2|2||T A A = (B) 11(2)2A A --= (C) *1A A -= (D) 11[()][()]T T T T A A --= 4. 初等矩阵满足（ ）(A) 任两个之乘积仍是初等矩阵 (B) 任两个之和仍是初等矩阵 (C) 都是可逆矩阵 (D) 所对应的行列式的值为1 5. 下列不是．．n 阶矩阵A 可逆的充要条件为（ ）(A) 0≠A (B) A 可以表示成有限个初等阵的乘积 (C) 伴随矩阵存在 (D) A 的等价标准型为单位矩阵 6. 设A 为m n ⨯矩阵，C 为n 阶可逆矩阵，B AC =，则 ( )。
(A) 秩(A )> 秩(B ) (B) 秩(A )= 秩(B )(C) 秩(A )< 秩(B ) (D) 秩(A )与秩(B )的关系依C 而定 7. 如果向量β可由向量组12,,,s ααα线性表示,则下列结论中正确的是（ ） (A) 存在一组不全为零的数12,,s k k k ，使得1122s s k k k βααα=+++ 成立 (B) 存在一组全为零的数12,,s k k k ，使得1122s s k k k βααα=+++ 成立(C) 存在一组数12,,s k k k ，使得1122s s k k k βααα=+++ 成立(D) 对β的线性表达式唯一8. 设12,ξξ是齐次线性方程组0AX =的解，12,ηη是非齐次线性方程组AX b =的解，则（ ）(A) 112ξη+为0AX =的解 (B) 12ηη+为AX b =的解 (C) 12ξξ+为0AX =的解 (D) 12ηη-为AX b =的解9. 设110101011A ⎛⎫⎪= ⎪ ⎪⎝⎭,则A 的特征值是( )。
考研数学一（线性代数）历年真题试卷汇编19(题后含答案及解析)全部题型 3. 解答题解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。
设的一个特征值为3．1．求y的值；正确答案：｜3E—A｜=8(2一y)=0，→y=2．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量2．求可逆方阵P，使(AP)T(AP)为对角阵．正确答案：AT=A，可知(AP)T(AP)=PTATAP=PTA2P，由配方法：XTA2X=(x1，x2，x3，x4)A2(x1，x2，x3，x4)T=x12+x22+5(x3+x42，令，即X=PY则XTA2Xy12+y22+4y32+y42故所求可逆阵且使(AP)T(AP)=PTA2P=若用正交矩阵化实对称阵A2为对角阵，则可取且使(ALP)T(AP)=PTA2P= 涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量3．设4阶方阵A满足条件｜I+A｜=0，AAT=2I，｜A｜＜0，其中I是4阶单位阵．求A的伴随矩阵A*的一个特征值．正确答案：由0｜+A｜=(一1)4｜一—A｜知A有一个特征值λ=一，由AAT=2I，→｜A｜2=24=16，及｜A｜＜0，得｜A｜=一4，由特征值的性质知A*有一个特征值为．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量4．设(1)求a、b的值；(2)求可逆矩阵P，使P—1AP=B．正确答案：由解得a=5，b=6，计算可得对应于特征值2，2；6的线性无关特征向量分别可取为α1=(1，一1，0)T，α2=(1，0，1)T，α3=(1，一2．3)T，于是可取P=[α1 α2 α3]=．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量5．设问当k为何值时，存在可逆矩阵P，使得P—1AP=D为对角矩阵?并求出P和相应的对角矩阵D．正确答案：由｜λE—A｜==(λ+1)2(λ一1)=0，得A的全部特征值为λ1=λ2=一1，λ3=1．故A可对角化→A的属于2重特征值λ1=λ2=一1的线性无关特征向量有2个→方程组(一E—A)x=0的基础解系含2个向量→3一r(一E—A)=2→r(—E—A)==1→k=0．当k=0时，可求出A的对应于特征值一1，一1；1的线性无关特征向量分别可取为α1=(一l，2，0)T，α2=(1，0，2)T；α3=(1，0，1)T，故令P=[α1 α2 α3]=，则有P—1AP=diag(一1，一1，1)．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量6．设已知A有3个线性无关的特征向量，λ=2是A的2重特征值，试求可逆矩阵P，使P—1AP为对角形矩阵．正确答案：由条件知方程组(2E一A)x=0的基础解系含2个向量，故2E—A 的秩为1，得x=2，y=一2，涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量7．设已知线性方程组AX=β有解不唯一．试求：(1)a的值；(2)正交矩阵Q，使QTAQ为对角矩阵．正确答案：由条件知r(A)=r[A┆β]＜3，→a=一2，Q=．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量设向量α=(a1，a2，…，an)T，β=(b1，b2，…，bn)T都是非零向量，且满足条件αTβ=0．记n阶矩阵A=αβT，求：8．A2；正确答案：由于βTα=αTβ=0，故A2=αβTαβT=α(βTα)βT=α(0)βT=O．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量9．矩阵A的特征值和特征向量．正确答案：因A2=0，故A的特征值全为零．因α≠0，β≠0，不妨设a1≠0，b1≠0，则由则A的属于特征值0的线性无关特征向量为因A的特征向量只属于特征值0，故A的全部特征向量为k1ξ1+k2ξ2+…+kn—1ξn—1，其中k1，k2，…，kn—1为不全为零的任意常数．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量10．设A=，B=(kE+A)2，(k为实数)求对角矩阵D，使B与D相似；并问k取何值时B为正定矩阵?正确答案：易求得实对称矩阵A的特征值为2，2，0，故存在可逆矩阵P，使—1AP=，故P—1BP=P—1(kE+A)2P=[P—1(kE+A)P]2=(kE+P—1AP)2==D，即B与对角矩阵D相似；且由D知B的特征值为(2+k)2，(2+k)2，k2，因为实对称矩阵正定当且仅当它的特征值都大于零，故B正定→k≠一2且k≠0．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量11．已知3阶实对称矩阵A的特征值为6，3，3，α1=(1，1，1)T是属于特征值λ1=6的特征向量，求矩阵A．正确答案：设A的属于特征值λ2=λ3=3的特征向量为α=(x1，x2，x3)T，则由实对称矩阵的性质，有0=α1Tα=x1+x2+x3，解这个齐次线性方程得其基础解系为α2=(一1，1，0)T，α3=(1，1，一2)T，则α2，α3就是属于λ2=λ3=3的线性无关特征向量．α1，α2，α3已是正交向量组，将它们单位化，得A的标准正交的特征向量为，1=(1，1，一2)T，于是得正交矩阵涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量12．已知矩阵A=(aij)n×n(n≥2)的秩为n一1，求A的伴随矩阵A*的特征值和特征向量．正确答案：由A*A=｜A｜E=O，知A的n一1个线性无关的列向量都是方程组A*X=0的解向量，即λ=0至少是A*的n一1重特征值，而上述n一1个列向量即为对应的线性无关的特征向量．又由全部特征值之和等于A11+A22+…+Ann(Aij为aij的代数余子式)，故A*的第n个特征值为Akk，由r(A*)=1，故A*的列成比例，不妨设A11≠0，则有常数k2，…，kn，使于是A11+A22+…+Ann=A11+k2A12+…+knA1n，且有可推知(A11+A12+…+A1n)T为A*的对应于特征值Akk的特征向量．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量13．设n阶方阵A、B可交换，即AB=BA，且A有n个互不相同的特征值．证明：(1)A的特征向量都是B的特征向量；(2)B相似于对角矩阵．正确答案：由于A有n个互不相同特征值，故A有n个线性无关的特征向量，因此，如果(1)成立，则(2)必成立．故只需证明(1)．设α为A之特征向量，则有数λ，使Aα=λα，两端左乘B，并利用BA=AB，得A(Bα)=λ(Bα)．若Bα≠0，则Bα亦为A的属于特征值λ的特征向量．因(λE—A)x=0的解空间为1维的，故有数μ，使Bα=μα，故α亦为B之特征向量；若Bα=0，则B α=0α，即α为B的属于特征值0的特征向量．总之，α必为B之特征向量，由于α的任意性．说明A的特征向量都是B的特征向量．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量14．若矩阵A=相似于对角矩阵，试确定常数a的值；并求可逆矩阵P使P —1AP=A．正确答案：A的特征值为λ1，λ2=6，λ3=一2，由A相似于对角阵知矩阵6E—A的秩为1，→a=0．．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量15．设矩阵A=是矩阵A*的一个特征向量，λ是a对应的特征值，其中A*是矩阵A的伴随矩阵．试求a、b和λ的值．正确答案：设A*的属于特征值λ的特征向量为λ，则由A可逆知A*可逆．有λ≠0，A*α=λα，→Aα=，比较两端对应分量得方程组3+b=，解之得b=1或b=一2，a=2，再由｜A｜=3a一2=4，→λ=，所以，a=2，b=1，λ=1；或a=2，b=一2，λ=4．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量设α=(a1，a2，…，an)T为Rn中的非零向量，方阵A=ααT．16．证明：对于正整数m，存在常数t，使Am=tm—1A，并求出t；正确答案：Am=(ααT)(ααT)…(ααT)=α(αTα)m—1αT=(αTα)m—1(ααT)=(aim—1)m—1A=tm—1A，其中t=ai2．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量17．求可逆矩阵P，使P—1AP为对角阵A．正确答案：A≠O．AT=A，1≤r(A)=r(ααT)≤r(α)=1，→r(A)=1，由于实对称矩阵的非零特征值的个数等于它的秩．故矩阵A只有一个非零特征值，而有n—1重特征值λ1=λ2=…=λn—1=0．A的属于特征值0的线性无关特征向瞳可取为(设a1≠0)：ξ1=(一，1，0，…，0)T，ξ2=(一，0，1，…，0)T，…，ξn—1=(一，0，0，…．1)T；属于特征值λn=ai2的特征值为α，令矩阵P=[ξ1 ξ2 …ξn—1 α]，则有P—1AP=diag(0，0，…，0，ai2)对角阵．其中，λn的求法可利用特征值的性质：λ1+λ2+…+λn—1+λn=(A的主对角线元素之和)ai2．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量设n阶矩阵18．求A的特征值和特征向量；正确答案：1°当b≠0时，｜λE A｜==[λ一1一(n一1)b][λ一(1—b)n —1，故A的特征值为λ1=1+(n一1)b，λ2=…=λn=1一b．对于λ1=1+(n一1)b，设对应的一个特征向量为ξ1，则=ξ1=[1+(n一1)b]ξ1解得ξ1=(1，1，…，1)T，所以，属于λ1的全部特征向量为kξ1=k(1，1，…，1)T，其中k为任意非零常数．对于λ2=…=λn=1—b，解齐次线性方程组[(1—b)E—A]x=0．由解得基础解系为ξ2=(1，一1，0，…，0)T，ξ3=(1，0，一1，…，0)T，…，ξn=(1，0，0，…，一1)T．故属于λ2=…=λn的全部特征向量为k2ξ2+k3ξ3+…+knξn，其中k2，k3，…，kn为不全为零的任意常数．2°当b=0时，A=E，A的特征值为λ1=λ2=…=λn=1，任意n维非零列向量均是特征向量．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量19．求可逆矩阵P，使P—1AP为对角矩阵．正确答案：1°当b≠0时，A有n个线性无关的特征向量，令矩阵P=[ξ1 ξ2 …ξn]，则有P—1AP=diag(1+(n一1)b，1—b，…，1—b)．2°当b=0时，A=E，对任意n阶可逆矩阵P，均有P—1AP=E．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量设三阶实对称矩阵的秩为2，λ1=λ2=6是A的二重特征值，若α1=(1，1，0)T，α2=(2，1，1)T，α3=(一1，2，一3)T都是A的属于特征值6的特征向量．20．求A的另一特征值和对应的特征向量；正确答案：因为λ1=λ2=6是A的二重特征值，故A的属于特征值6的线性无关的特征向量有2个，有题设可得α1，α2，α3的一个极大无关组为α1，α2，故α1，α2为A的属于特征值6的线性无关的特征向量．由r(A)=2知｜A｜=0，所以A的另一特征值为λ3=0．设λ3=0对应的特征向量为α=(x1，x2，x3)T，则有α2Tα=0(i=1，2)，即解得此方程组的基础解系为α=(一1，1，1)T，即A的属于特征值λ3=0的特征向量为kα=k(一1，1，1)T(k为任意非零常数)．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量21．求矩阵A．正确答案：令矩阵P=[α1 α2 α]，则有涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量设A为3阶矩阵，α1，α2，α3是线性无关的3维列向量，且满足Aα1=α1+α2+α3，Aα2=α2+α3，Aα3=2α2+3α3．22．求矩阵B，使A[α1，α2，α3]=[α1，α2，α3]B；正确答案：由题设条件，有A[α1，α2，α3]=[Aα1，Aα2，Aα3]=[α1+α2+α3，2α2+α3，2α2+3α3]=[α1，α2，α3]所以，B= 涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量23．求A的特征值；正确答案：记矩阵C=[α1，α2，α3]，则由(1)知AC=CB，又因α1，α2，α3是线性无关的3维列向量，知C为3阶可逆方阵，故得C—1AC=B，计算可得B特征值为λ1=λ2=1，λ3=4，因相似矩阵有相同特征值，得A的特征值为λ1=λ2=1，λ3=4．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量24．求一个可逆矩阵P，使得P—1AP为对角矩阵．正确答案：对于λ1=λ2=1，解方程组(E一B)x=0，得基础解系ξ1=(一1．1，0)T，ξ2=(一2，0，1)T；对应于λ3=4，解方程组(4E—B)x=0，得基础解系己=(0，1，1)T．令矩阵Q=[ξ1 ξ2 ξ3]=则有Q—1B Q=因Q—1BQ=Q—1C—1ACQ=(CO)—1A(CQ)，记矩阵P—CQ一[α1，α2，α3] =[一α1+α2，一2α1+α3，α2+α3]则有P—1AP=diag(1，1，4)，故P为所求的可逆矩阵．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量设A为3阶矩阵，α1，α2为A的分别属于特征值一1，1的特征向量，向量α3满足Aα3=α2+α3．25．证明α1，α2，α3线性无关；正确答案：设存在一组常数k1，k2，k3，使得k1α1+k2α2+k3α3=0 ①用A左乘①式两端，并利用Aα1=一α1，α2=α2，一k1α1+(k2+k3)α2+k3α3=0 ②①一②，得2k1α1一k3α2=0 ③因为α1，α2是A 的属于不同特征值的特征向量，所以α1，α2线性无关，从而由③式知走k1=k3=0，代入①式得k2α2=0，又由于α2≠0，所以k2=0，故α1，α2，α3线性无关．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量26．令P=[α1，α2，α3]，求P—1AP．正确答案：由题设条件可得AP=A[α1，α2，α3]=[Aα1，Aα2，Aα3] =[—α1，α2，α3]=[α1，α2，α3]由(Ⅰ)知矩阵P可逆，用P—1左乘上式两端，得P—1AP= 涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量27．设A=，正交矩阵Q使得QTAQ为对角矩阵．若Q的第1列为(1，2，1)T，求a，Q．正确答案：ξ=(1，2，1)T为A的属于特征值λ1的特征向量，Aξ=λξ，比较两端对应分量．解得a=一1，λ1=2．由A的特征方程解得A的特征值为2，5，一4．正交矩阵Q=，可使QTAQ=diag(2，5，一4)，故Q为所求矩阵．涉及知识点：矩阵的特征值和特征向量。
线性代数证明题1．设1234,,,αααα是非零的四维列向量，1234(,,,),*A A αααα=为A 的伴随矩阵，已知0Ax =的基础解系为(1,0,2,0)T ，证明234,,ααα是方程组*0A x =的基础解系.2.设A 是n 阶矩阵，且0nA =，则A E n -必是可逆矩阵。
3．,,A B C 均是n 阶矩阵，E 为n 阶单位矩阵，若ABC E =，证明：BCA E = 4．设3级方阵,A B 满足124A B B E -=-，证明：2A E -可逆，并求其逆.5．设A 是一个n 级方阵，且()R A r =，证明：存在一个n 级可逆矩阵P 使1PAP -的后n r -行全为零.6．设矩阵,m n n m A B ⨯⨯，且,m n AB E <=，证明：A 的行向量组线性无关.7．如果,2A A =称A 为幂等矩阵.设B A ,为n 阶幂等矩阵，证明：B A +是幂等矩阵的充要条件是.0==BA AB8.如果对称矩阵A 为非奇异,试证:1-A 也是对称矩阵 9.设A ，B ，C 都是n 阶方阵，且C 可逆，T --+=A E B C C ）（11,证明：A 可逆且T-+=）（C B A 1。
10.设0=kA，其中k 为正整数，证明：121)(--++++=-k A A A E A E11.设方阵A 满足A 2-A-2E=O ，证明A 及A+2E 都可逆，并求112--+）及（E A A 12.试证：对任意方阵A ，均有 TA A +为对称矩阵， TA A -为反对称矩阵。
13.证明 1)(=A R 的充分必要条件是存在非零列向量α和非零行向量Tβ，使TA αβ= 14.设A 为列满秩矩阵，C AB =，证明方程0=BX 与0=CX 同解 15.设A 为n m ⨯矩阵，证明方程m E AX =有解m A R =⇔)( 16.向量组A 能 用向量组B 表示，则R(A)<=R(B)17.设B A ,分别为m n n m ⨯⨯,矩阵，则齐次方程组O =ABx 当n m >时必有非零解。
专题一：行列式1、利用行列式的性质计算例、设123,,ααα均为3维列向量,记矩阵123(,,)=A ααα,123123123(,24,39)=++++++B ααααααααα,如果1=A ,那么=B .例、已知：100010001001a a A a a⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦，1100b ⎡⎤⎢⎥-⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦（1）计算行列式||A ；（2）已知线性方程组Ax b =有无穷多解，求a ，并求Ax b =的通解。
例、设矩阵2221212n na a aa a ⨯⎛⎫⎪⎪= ⎪⎪⎝⎭A ,现矩阵A 满足方程=AX B , 其中()1,,T n x x =X ,()1,0,,0=B ,(1)求证()1nn a =+A .(2)a 为何值,方程组有唯一解,求1x . (3)a 为何值,方程组有无穷多解,求通解.2、利用矩阵的性质计算 例、设矩阵2112⎛⎫=⎪-⎝⎭A ,E 为2阶单位矩阵,矩阵B 满足2=+BA B E ,则B = . 例、设矩阵210120001⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦A ,矩阵B 满足**2=+ABA BA E ,其中*A 为A 的伴随矩阵,E 是单位矩阵,则B =__________ .专题二：矩阵1、逆矩阵例、设24+-=A A E O ,则1(2)--A E = _____________. 例、设A 为n 阶非零矩阵,E 为n 阶单位矩阵. 若30=A ,则 (A)-E A 不可逆,+E A 不可逆(B)-E A 不可逆,+E A 可逆(C)-E A 可逆,+E A 可逆(D)-E A 可逆,+E A 不可逆例、设矩阵A 的伴随矩阵*10000100,1010038⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥-⎣⎦A 且113--=+ABA BA E ,其中E 为4阶单位矩阵,求矩阵B .例、设,A B 均为2阶矩阵,**,A B 分别为,A B 的伴随矩阵,若2,3==A B ,则分块矩阵O A B O ⎛⎫ ⎪⎝⎭的伴随矩阵为 (A)**32O B A O ⎛⎫⎪⎝⎭(B)**23O B A O ⎛⎫⎪⎝⎭(C)**32O A BO ⎛⎫⎪⎝⎭(D)**23O A BO ⎛⎫⎪⎝⎭2、初等矩阵例、设A 是3阶方阵,将A 的第1列与第2列交换得B ,再把B 的第2列加到第3列得C ,则满足=AQ C 的可逆矩阵Q 为(A)⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡101001010(B)⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡100101010 (C)⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡110001010(D)⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡100001110 例、设A 为3阶矩阵，把A 的第二列加到第一列得到矩阵B ，再交换B 的第二行与第3行得到单位阵E ，记⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=1000110011P ，⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=010*******P ，则A=（ ）A 21P PB 211P P - C 12P P D 121P P -例、设A 为3阶矩阵,将A 的第2行加到第1行得B ,再将B 的第1列的-1倍加到第2列得C ,记110010001⎛⎫⎪= ⎪ ⎪⎝⎭P ,则(A)1-=C P AP (B)1-=C PAP(C)T =C P AP(D)T =C PAP例、设A 为3阶矩阵，P 为3阶可逆矩阵，且1112P AP -⎛⎫⎪= ⎪ ⎪⎝⎭，()123,,P ααα=，()1223,,Q αααα=+则1Q AQ -=（ ）（A ）121⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭ （B ）112⎛⎫⎪⎪ ⎪⎝⎭ （C ）212⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭ （D ）221⎛⎫ ⎪⎪ ⎪⎝⎭例、设A 为(2)n n ≥阶可逆矩阵,交换A 的第1行与第2行得矩阵**.,B A B 分别为,A B 的伴随矩阵,则(A)交换*A 的第1列与第2列得*B(B)交换*A 的第1行与第2行得*B(C)交换*A 的第1列与第2列得*-B (D)交换*A 的第1行与第2行得*-B3、矩阵的秩例、TT=+A ααββ,Tα为α的转置,Tβ为β的转置.证明:(1)()2r ≤A .(2)若,αβ线性相关,则()2r <A .例、设X 为三维单位向量，E 为三阶单位矩阵，则矩阵T xx E -的秩为________。
1、试题序号：3212、题型：证明题3、难度级别：34、知识点：第二章 矩阵及其运算5、分值：86、所需时间：8分钟7、试题关键字：矩阵秩的性质 8、试题内容：设A 为一个n 阶方阵，E 为同阶单位矩阵且2A E =，证明：()()R A E R A E n ++-=. 9、答案内容：证明:2220()()0,()()()().().()().A E A E A E A E R A E R A E R A E R E A n R A E R E A R A E E A n R A E R A E n =⇒-=⇒+-=++-=++-≤≥++-=∴++-=Q 由矩阵秩的性质则有同时,有(+)+(-)10、评分细则：由题设推出()()0A E A E +-=得2分;由矩阵秩的性质推出()()R A E R A E n ++-≤得2分;推出()()R A E R A E n ++-≥得2分;因而推出()()R A E R A E n ++-=得2分.----------------------------------------------------------------------------- 1、试题序号：322 2、题型：证明题 3、难度级别：34、知识点： 第五章 相似矩阵及二次型5、分值：86、所需时间：6分钟7、试题关键字：正交矩阵的特征值 8、试题内容：设A 为一个n 阶正交矩阵，且1A =-.证明：1λ=-是A 的特征值. 9、答案内容： 证明：,.1,(1)()()0(1)0.1.T T T T TTTT A A A E A A E A E A A A E A A E A A E A E AE A E A A E A E A λ∴==-∴--=+=+=+=+=-+=-+=-+=-+∴+=⇒--=∴=-Q Q 是正交矩阵又是的特征值10、评分细则：推出()1T A E A AA --=+(2分)T E A =-+(2分)E A =-+(2分) 推出()10A E --=并说明1λ=-是A 的特征值(2分).---------------------------------------------------------------------------- 1、试题序号：323 2、题型：证明题 3、难度级别：44、知识点：第五章 相似矩阵及二次型5、分值：86、所需时间：10分钟7、试题关键字：二次型的正定性 8、试题内容：已知,A B 均为n 阶正定矩阵，试证明：分块矩阵00A B ⎛⎫⎪⎝⎭也为正定矩阵. 9、答案内容：()12112212,00.000000000.00TT T T T A B A B A A B B A B X A A f X X X B B X X X f AX BX A B ∴⎛⎫⎛⎫⎛⎫∴== ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫∴ ⎪⎝⎭⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫∀≠⇒ ⎪⎝⎭>∴⎛⎫⎪⎝⎭Q T T 12TT 12证明是正定矩阵，，是对称矩阵.A00B 是对称矩阵.令=,此为所确定的二次型.0,X 中至少有一个不为0,则有=X +X 此二次型为正定二次型，则为正定矩阵.10、评分细则：由题设中条件推出00A B ⎛⎫⎪⎝⎭是对称矩阵(2分);令()112200TT X A f X X X B ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭(2分);由()120TT X X ≠推出12,X X 中至少有一个不为零(2分).则有11220T T f X AX X BX =+>,推出f 1122T TX AX X BX =+为正定二次型(2分).因而有00A B ⎛⎫⎪⎝⎭为正定矩阵(2分).----------------------------------------------------------------------------1、试题序号：3242、题型：证明题3、难度级别：34、知识点：第五章 相似矩阵及二次型5、分值：86、所需时间：8分钟7、试题关键字：二次型的正定性 8、试题内容：设,A B 均为n 阶正定矩阵，试证明：A B +也为正定矩阵. 9、答案内容：证明：,.()().0,.,,.0.()T T T T T T TTT T T T T A B A A B B A B A B A B A B f x A B x x f x Ax x Bx A B x Ax x Bx f x Ax x Bx f x A B x ∴+=+=+⇒+=+∀≠=+∴=+>∴=+Q Q 都是正定矩阵,=,=为对称矩阵.令则有是正定矩阵是正定二次型则有为正定二次型.则A+B 也为正定矩阵.10、评分细则：由题设中条件推出A B +为对称矩阵(2分);令()Tf x A B x =+(2分);00T T x f x Ax x Bx ∀≠⇒=+>(2分);推出()Tf x A B x =+为正定二次型(2分);因而有A B +为正定矩阵(2分).---------------------------------------------------------------------------- 1、试题序号：325 2、题型：证明题 3、难度级别：24、知识点：第四章 向量组的线性相关性5、分值：86、所需时间：8分钟7、试题关键字：向量组的线性关系 8、试题内容：若向量β可由向量组12,,,r αααL 线性表示，但β不能由121,,,r ααα-L 线性表示，试证：r α可由121,,,,r αααβ-L 线性表示.9、答案内容： 证明：2.0,.1.,.r r r r r r r r r βααααααββαααβαααααααβααααβ----∴==∴≠⇒=----∴Q L L L L L L L １２１２r １１２２r １１２２r-１１１２１１２r-１r １１r r r r１２１可以由，，线性表示，存在一组数Ｋ，Ｋ，Ｋ,使得Ｋ＋Ｋ＋＋Ｋ＝若Ｋ则Ｋ＋Ｋ＋＋Ｋ这与不能由，，线性表示矛盾.ＫＫＫＫ０ＫＫＫＫ可由，，线性表示10、评分细则：由题设中条件令1122r r k k k αααβ+++=L (2分);假设0r k =推出β不能由121,,,r ααα-L 线性表示矛盾(2分);0r r k α∴≠⇒可以由121,,,r ααα-L ,β线性表示(4分).---------------------------------------------------------------------------- 1、试题序号：326 2、题型：证明题 3、难度级别：44、知识点：第四章 向量组的线性相关性5、分值：86、所需时间：10分钟7、试题关键字：向量的线性关系与矩阵的秩 8、试题内容：如果向量组12,,,s αααL 线性无关，试证：向量组11212,,,s αααααα++++L L 线性无关.9、答案内容： 证明：()()()()()(),..111011.01111011.01B R R A S αααααααααααααααααααααααα=++++∴==⎛⎫ ⎪⎪++++= ⎪ ⎪⎝⎭⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭L L L Q L LL L LL LL L L L LLL L L L L L12S 11212S 12S 12S 11212S 12S 令A= ,,线性无关，令C=则有B=AC ，显然C 可逆.10、评分细则：令()12s A ααα=L,()11212s B αααααα=+++L L (1分);由题设条件推出()R A s =(1分);令1111011001C ⎛⎫⎪⎪= ⎪⎪⎝⎭L L L L L L推出B AC =(2分);推出()()1A BC RB R A s -=⇒≥=(2分)又()()1121,,s R B s R B s ααααα≤⇒=⇒++K L 线性无关(2分).----------------------------------------------------------------------------1、试题序号：3272、题型：证明题3、难度级别：34、知识点：第二章 矩阵及其运算5、分值：86、所需时间：8分钟7、试题关键字：奇异矩阵8、试题内容：已知矩阵22,A E B E ==，且0A B +=证明：A B +为奇异矩阵. 9、答案内容： 证明：22221, 1.01, 1.().()..0,A E A B E B A B A B A A B A B AB B A A A B B B A A A B B A B A B A B =⇒=±=⇒=±+=⇒=±=+=+=+∴+=+∴+=+∴-+=+Q Q m 又若则而则为奇异矩阵.10、评分细则：由题设中条件推出1,1A B =±=m (1分);推出()A A B B B A +=+(3分);推出A A B B B A +=+(2分);推出0A B A B +=⇒+为奇异矩阵(2分).---------------------------------------------------------------------------- 1、试题序号：328 2、题型：证明题 3、难度级别：24、知识点：第四章 向量组的线性相关性5、分值：86、所需时间：6分钟7、试题关键字：向量组的线性关系与矩阵的秩 8、试题内容：设n 维基本单位向量组12,,,n εεεL 可由n 维向量组12,,,n αααL 线性表示，证明：12,,,n αααL 线性无关.9、答案内容： 证明：()()()()()()121,.,,,,..,,,n aB AB R R n R A n R A n αααεεεεεεαααααα=∴=⇒≥=≤∴=⇒L L Q L L L 12n n n 2n 12n n 12n 令A=且E ,,可以由线性表示.存在一个n 阶方阵使得E A E 同时线性无关.10、评分细则：令()()1212,n n A E αααεεε==LL (2分);由题设条件推出存在一个n 阶矩阵B (2分);使得()AB E R A n =⇒=(4分).---------------------------------------------------------------------------- 1、试题序号：329 2、题型：证明题 3、难度级别：44、知识点：第四章 向量组的线性相关性5、分值：86、所需时间：10分钟7、试题关键字：向量组的线性关系与矩阵的秩 8、试题内容：设12,,,m αααL 线性无关，1β可由12,,,m αααL 线性表示，2β不可由12,,,m αααL 线性表示，证明：1212,,,,m αααλββ+L 线性无关（其中λ为常数）. 9、答案内容： 证明:11122m m k k k βααα=++Q L ，()()1212122m m αααλββαααβ∴+L:L.假设()122MR m αααβ≤L,则有122,,,,m αααβL 线性相关,因而与2β不能由12,,,m αααL 线性表示矛盾. ()122m R m αααβ∴>L,()12121m R m αααλββ∴+=+L1212,,,,m αααλββ∴+L 线性无关.10、评分细则：由题设中条件推出()()1212122m m αααλββαααβ+L :L (2分);假设()122m R m αααβ≤L 由题设推出2β能由12,,m αααL 线性表示,与题设矛盾(2分);()122m R m αααβ∴>L 推出()12121m R m αααλββ+=+L (3分);推出1212,,,m αααλββ+L 线性无关(1分).---------------------------------------------------------------------------- 1、试题序号：330 2、题型：证明题 3、难度级别：24、知识点：第四章 向量组的线性相关性5、分值：86、所需时间：6分钟7、试题关键字：向量组与矩阵的秩 8、试题内容：设A 为n m ⨯矩阵，B 为m n ⨯矩阵，n m <,若AB E =，证明B 的列向量组线性无关. 9、答案内容：证明:A Q 为n m ⨯矩阵,B 为m n ⨯矩阵,且AB E =,E 为单位矩阵.由矩阵秩的性质,则有()()R B R E n ≥=.又(),.n m R B n <∴≤Q()R B n ∴=B ∴ 的列向量组线性无关.10、评分细则：由题设推出()()R B R E n ≥=(2分);又有题设中()n m R B n <⇒≤(2分);()R B n ∴=(2分);所以B 的列向量组线性无关(2分). ----------------------------------------------------------------------------1、试题序号：3312、题型：证明题3、难度级别：44、知识点：第四章 向量组的线性相关性5、分值：86、所需时间：10分钟7、试题关键字：向量组的线性关系与矩阵的秩 8、试题内容：设121,,,n ααα-L 为1n -个线性无关的n 维列向量，12,ηη与121,,,n ααα-L 均正交，证明：12,ηη线性相关.9、答案内容：证明:12,ηηQ 分别与121,,,n ααα-L 均正交,()1121200T n T ηαααη-⎛⎫⎛⎫∴= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭L令()121n A ααα-=L,12T T B ηη⎛⎫= ⎪⎝⎭,()()011BA R A n R B =⇒=-⇒≤12,ηη∴线性相关.10、评分细则：令()()12112,Tn A B αααηη-==L(1分);由题设中条件推得()()0BA R A R B n =⇒+≤(2分);()()11R A n R B ∴=-⇒≤(1分);若()1200,0R B ηη=⇒==(1分);12,ηη∴线性相关(1分);若()()12112R B R ηη=⇒=<(1分),所以12,ηη线性相关(1分).---------------------------------------------------------------------------- 1、试题序号：332 2、题型：证明题 3、难度级别：24、知识点：第五章 相似矩阵及二次型5、分值：86、所需时间：6分钟7、试题关键字：正交向量组8、试题内容：已知n 阶实矩阵A 为正交矩阵，12,,,n αααL 为n 维正交单位向量组，证明：12,,,n A A A αααL 也是n 维正交单位向量组.9、答案内容：证明:A Q 是阶正交矩阵,则有12,,,n αααQ L 是维正交向量组()()0,0,0T i i j TT T T i j i j i i jA A A A ααααααααα∴≠=≠===12,,n A A A ααα∴L 是正交向量组.10、评分细则：由题设中条件推出0,0,T i i j i j ααα≠=≠(2分);()()0jT T T T Ti j i j i j i A A A A E αααααααα====(2分);0i α≠且A 可逆,推得0i A α≠(2分);推得12,,,n A A A αααL 是正交向量组(2分).---------------------------------------------------------------------------- 1、试题序号：333 2、题型：证明题 3、难度级别：44、知识点：第四章 向量组的线性相关性5、分值：86、所需时间：10分钟7、试题关键字：向量组的秩与方程组的解 8、试题内容：设12,,,s αααL 是0Ax =的一个基础解系，β不是0Ax =的解，证明：12,,,,s ββαβαβα+++L 线性无关.9、答案内容： 证明:假设()121s R s βααα<+L.这与β不是0Ax =的解矛盾()121s R s βααα∴=+L ()11s R s ββαβα++=+L即1,,s ββαβα++L 线性无关. 10、评分细则：由题设推出()()11s s R R ββαβαβαα++=LL (2分);假设()11s R s βαα<+L ,由题设中条件推出β可以由12,,,s αααL 线性表示,与β不是0Ax =的解矛盾(2分);()11s R s ββαβα∴++=+L (2分);1,,,s ββαβα∴++L 线性无关(2分).---------------------------------------------------------------------------- 1、试题序号：334 2、题型：证明题 3、难度级别：24、知识点：第四章 向量组的线性相关性5、分值：86、所需时间：8分钟7、试题关键字：矩阵的秩与方程组的解 8、试题内容：设A 为n 阶矩阵，若0Ax =只有零解，证明：方程组0kA x =也只有零解，其中k 为正整数.9、答案内容：证明:0Ax =Q 只有零解⇒()R A n =A 为n 阶矩阵,A ∴可逆0.A ⇔≠则kkA A =0≠ 即kA 为可逆矩阵()0k k R A n A x ∴=⇒=只有零解.10、评分细则：由题设推出()R A n A =⇒可逆(3分);推出0kkA A =≠(2分);推得()0k k R A n A x =⇒=只有零解(3分).---------------------------------------------------------------------------- 1、试题序号：335 2、题型：证明题 3、难度级别：44、知识点：第四章 向量组的线性相关性5、分值：86、所需时间：10分钟7、试题关键字：向量组的秩,矩阵的秩及方程组的解8、试题内容：设A 是m n ⨯矩阵，D 是m n ⨯矩阵，B 为m m ⨯矩阵，求证：若B 可逆且BA 的行向量的转置都是0Dx =的解，则A 的每个行向量的转置也都是该方程组的解. 9、答案内容：证明：设A 的行向量组为12,,,m αααL （I ）设B 的行向量组为12,,,m βββL （II ） 则向量组（I ）与（II ）均为n 维向量组,BA C B =可逆1A B C -⇒=令1112121222112m m m m mm k k k k k k B k k k -⎛⎫⎪ ⎪=⎪⎪⎝⎭L L L L L L L ，则有1111211221222212m m m m m mm m k k k k k k k k k αβαβαβ⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪⎪ ⎪ ⎪⎪=⎪ ⎪⎪ ⎪⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭L L L L L L L L L∴向量组（I ）可以由（II ）线性表示Q 向量组（II ）是0Dx =的解 ∴向量组（I ）也是0Dx =的解10、评分细则：令A 的行向量组12,,,m αααL (I),C 的行向量组为12,,,m βββL (II)(1分);1BA C A B C -=⇒=(2分);推得1111211221222212m m m m m mm m k k k k k k k k k αβαβαβ⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪⎪ ⎪ ⎪⎪=⎪ ⎪⎪ ⎪⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭L LL L L L L L L ,11121212221122m m m m m k k k k k k B k k k -⎛⎫ ⎪ ⎪= ⎪⎪⎝⎭L L L L L L L (2分)所以(I)可以由(II)线性表示(2分);由(II)是0Dx =的解推出(I)也是0Dx =的解(1分).---------------------------------------------------------------------------- 1、试题序号：336 2、题型：证明题3、难度级别：24、知识点：第四章 向量组的线性相关性5、分值：86、所需时间：6分钟7、试题关键字：向量组的线性关系与方程组的基础解系 8、试题内容：设非齐次线性方程组Ax b =的系数矩阵的秩为r ，12,,,n r ηηη-L 是其导出组的一个基础解系，η是Ax b =的一个解，证明：12,,,,n r ηηηη-L 线性无关. 9、答案内容：证明：假设12,,,,n r ηηηη-L 线性相关，12,,,n r ηηη-Q L 是0Ax =的基础解系， 12,,,n r ηηη-∴L 是线性无关的.由以上可得η可以由12,,,n r ηηη-L 线性表示. 则η是0Ax =的解,与η是Ax b =的解矛盾.∴假设不成立,即,η12,,,n r ηηη-L 线性无关.10、评分细则：假设12,,,n r ηηηη-L 线性相关,由题设推得η可以由121,,r ηηη-L 线性表示(3分);所以η是0Ax =的解与η是Ax b =的解矛盾(3分);所以12,,,n r ηηηη-L 线性无关(2分).---------------------------------------------------------------------------- 1、试题序号：337 2、题型：证明题 3、难度级别：34、知识点：第五章 相似矩阵及二次型5、分值：86、所需时间：8分钟7、试题关键字：正定矩阵的逆矩阵与伴随矩阵 8、试题内容：设*A 为A 的伴随矩阵，若A 为正定的，试证*A 及1A -均为正定的. 9、答案内容： 证明：∵A 为正定矩阵，∴A 的特征值全为正数。
数学二线性代数（22）（本题满分11分）（2018）2221231232313(,,)(,)()(),.f x x x x x x x x x ax a =-+++++设实二次型其中是参数 (I) 123(,,)0f x x x =求的解；(II) 123(,,)f x x x 求的规范形.（23）（本题满分11分） （2018）1212=130=011.27111a a a A B a ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭已知是常数，且矩阵可经初等列变换化为矩阵(I) ;a 求(II) .AP B P =求满足的可逆矩阵（22）（本题满分11分）（2017）三阶行列式123(,,)A ααα=有3个不同的特征值，且3122ααα=+（1）证明()2r A =（2）如果123βααα=++求方程组Ax b = 的通解（23）（本题满分11分）（2017）设二次型132221232121323(,,)2282f x x x x x ax x x x x x x =-++-+在正交变换x Qy =下的标准型为221122y y λλ+ 求a 的值及一个正交矩阵Q .（22）（本题满分11分）（2016）设矩阵11110111a A a a a -⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪++⎝⎭，0122a β⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪-⎝⎭，且方程组Ax β=无解。
（Ⅰ）求a 的值；（Ⅱ）求方程组T TA Ax A β=的通解。
（23）（本题满分11分）（2016） 已知矩阵011230000A -⎛⎫ ⎪=- ⎪ ⎪⎝⎭（Ⅰ）求99A（Ⅱ）设3阶矩阵123(,,)B ααα=满足2B BA =。
记100123(,,)B βββ=，将123,,βββ分别表示为123,,ααα的线性组合。
22、（本题满分11分）（2015）设矩阵111100a A a a ⎛⎫ ⎪=- ⎪ ⎪⎝⎭,且O A =3.（1）求a 的值；（2）若矩阵X 满足E E AXA AX XA X ,22=+--为3阶单位矩阵，求X 。
2024考研数学一线性代数历年真题全解析线性代数是数学中的一个重要分支，也是考研数学一科目的必考内容之一。
掌握线性代数的基本理论和解题方法，对于考研的成功至关重要。
本文将对2024年考研数学一线性代数历年真题进行全面解析，帮助考生更好地理解和掌握这一内容。
一、第一题：（2024年考研数学一真题）题目描述：设A、B为n阶方阵，且满足A^2=AB-B^2。
求证：可以得出B^2=BA-A^2。
解析：根据题目中的等式A^2=AB-B^2，我们可以推导出：A^3 = (AB-B^2)A = ABA-BA^2将B^2=BA-A^2代入上式，得到：A^3 = A(BA-A^2) = ABA-A^3移项化简可得：2A^3 = ABA进一步整理：2A^3 - ABA = 0因此，我们证明了B^2=BA-A^2。
二、第二题：（2023年考研数学一真题）题目描述：已知线性变换T：R^3->R^3的矩阵为A=[a1,a2,a3]，其中a1、a2、a3分别为R^3的列向量，向量a3可以表示为a3=k1a1+k2a2，其中k1、k2为实数。
证明：线性变换T在R^3的任意向量上的投影运算P与反射运算S满足P^2=P，S^2=S。
解析：设矩阵A=[a1,a2,a3]，且a3=k1a1+k2a2，根据题目条件可知向量a3可由a1、a2线性表示。
由此，我们可以得到矩阵A的列向量组线性相关。
由于投影运算P的定义为P^2=P，这意味着对于任意向量x，有P(P(x))=P(x)，即P^2(x)=P(x)。
另一方面，反射运算S的定义为S^2=S，即S(S(x))=S(x)，即S^2(x)=S(x)。
根据线性变换T的定义，我们有T(x)=Ax，其中A=[a1,a2,a3]。
根据题意，向量a3可由a1、a2线性表示，说明向量a3可以写为a3=k1a1+k2a2。
我们知道，投影运算P的定义为P(x)=A(A^TA)^(-1)A^Tx，反射运算S的定义为S(x)=2P(x)-x。
证明题1．设方阵A 满足220A A E --=,证明A 及2A E +都可逆,并求1A -及1(2)A E -+. 证明：由22A A E O --=()2A A E E ⇒-=11()2A E A -⇒=-又由22A A E O --=(2)3(2)4A E A A E E ⇒+-+=-(2)(3)4A E A E E ⇒+-=-11(2)(3)4A E E A -∴+=-2、设A 为方阵，若存在某个正整数2k ≥使0kA =，证E - A 可逆且并写出其逆矩阵的表达式(E 为n 阶单位阵). (可逆阵为21k E A A A -++++)证明：21()(...)k k E A E A A A E A --++++=-210()(...)k k A E A E A A A E -=∴-++++=故E-A 可逆，其逆矩阵为21...k E A A A -++++3、设,A B 为n 阶方阵,试证明:A B A B A B BA=+-. 证明 ：0A B A B B A A B A B A B BABABA B+++===+--4、设,A B 为n 阶方阵,试证明:A B B A ⎛⎫⎪⎝⎭可逆的充要条件是()(),A B A B +-都可逆.证明 ：0A B A B B A A B A B A B BABABA B+++===+--,A B B A ⎛⎫⎪⎝⎭可逆<=>其行列式不等于0<=>()(),A B A B +-的行列式也不等于0<=>()(),A B A B +-也都可逆。
5.设A 为可逆方阵,试证明: A 的伴随矩阵也可逆且()()1**1A A--=.证明：矩阵A 可逆0A ⇔≠,且**A AA A E A E A=⇒⋅=,故A 的伴随矩阵也可逆，且()1*A A A-=. 又由矩阵A 可逆⇔1A -也可逆且11AA-=， 而()()**11111AA AA E A A A A-----⋅=⇔==⋅,则()()1**1A A --=。
近年线性代数考研题目及答案线性代数是数学中一个重要的分支，广泛应用于科学、工程和经济等领域。
考研中的线性代数题目通常包括矩阵运算、向量空间、线性变换、特征值问题等。
以下是一些近年线性代数考研题目及答案的示例：1. 题目：设矩阵A是一个3×3的实对称矩阵，且满足A^2 - 2A - 3I = 0，其中I是单位矩阵。
证明A的特征值都为3。
答案：首先，由于A是实对称矩阵，它必定存在一组正交的特征向量。
设λ为A的一个特征值，对应的特征向量为v。
根据特征值的定义，我们有Av = λv。
将题目中的等式A^2 - 2A - 3I = 0两边同时乘以v，得到A(Av) - 2Av - 3v = 0，即A(λv) - 2(λv) - 3v = 0，这可以化简为λ^2v - 2λv - 3v = 0。
由于v非零，我们可以除以v得到λ^2 - 2λ - 3 = 0。
解这个二次方程，我们得到λ = 3或λ= -1。
由于A^2 - 2A - 3I = 0，我们可以推断出A的特征值不可能为-1，因此A的特征值只能是3。
2. 题目：设向量组α1, α2, ..., αn线性无关，证明向量组α1 + α2, α2 + α3, ..., αn-1 + αn, αn + α1也是线性无关的。
答案：假设存在一组标量k1, k2, ..., kn，使得k1(α1 + α2)+ k2(α2 + α3) + ... + kn(αn + α1) = 0。
我们可以将这个等式重新排列，得到(k1 + kn)α1 + (k2 - k1)α2 + ... + (k1 -kn)αn = 0。
由于α1, α2, ..., αn线性无关，我们可以得出k1 + kn = 0，k2 - k1 = 0，...，k1 - kn = 0。
这意味着k1 = k2 = ... = kn = 0，因此向量组α1 + α2, α2 + α3, ..., αn-1 + αn,αn + α1是线性无关的。
征向量，其中 "A 的伴随矩阵，E 为3阶单位矩阵.5. （03-1,8分）已知平面上三条不同直线的方程分别为/] : ax + 2by + 3c = 0 , /2 : bx + 2cy + 3。
= 0 , 13 : cx + lay + 3/> = O.试证这二条直线交于一点的充分必要条件为a + b + c = Q. H —、（本题满分io 分）「2 2 o -若矩阵/= 8 2a 相似于对角阵A,试确定常数a 的值；并求可逆矩阵P 使P~xAP K.0 0 6十二、（本题满分8分）已知平面上二条不同直线的方程分别为k : ax + 2by + 3c = 0 ,/2 : Zzx + 2cy + 3。
= 0 , /3 : cx + 2ay + 3b = 0.试证这三条直线交于一点的充分必要条件为Q +人+ C = 0.（ 0 3 0 3 ）九、（本题满分13分） 已知齐次线性方程组（。
1 + b ）X] + a 2x 2 + a 3x 3 H --------- F a n x n = 0, 。
1玉 + （。
2 + b ）x 2 + a 3x 3 H ----- F a n x n = 0,< a x x x + a 2x 2 +（Q3 + b ）x 3 H ---------------- F a n x n = 0, a x x x + a 2x 2 + a 3x 3 H -------------- （Q 〃 + b ）x n = 0,其中壬0.试讨论。
1，。
2，・・・,。
〃和b 满足何种关系时， i=l（1） 方程组仅有零解；（2） 方程组有非零解.在有非零解时，求此方程组的一个基础解系.十、（本题满分13分）设二次型f(x 1,x 2,x 3) = X T AX = axl + 2%2 一+ 2bx r x 3(Z? > 0),「3 2 2「0 1 o -4 .( 0 3 — 1 , 1 0分)设矩阵,=2 3 2,P = 1 0 12 2 30 0 1B = P-'A*P ,求B+2E 的特征值与特( 0 4 0 2 ) (22) (本题满分9设 = (1,2,0)r ,a中二次型的矩阵A 的特征值之和为1,特征值之积为-12.(1) 求a,b 的值；(2) 利用正交变换将二次型f 化为标准形，并写出所用的正交变换和对应的正交矩阵. ( 0 3 0 4 )九、(本题满分13分)设有向量组(I)： % = (1,0,2)', a 2 = (1,1,3)r> % = (l,-l,a + 2)‘和向量组(II)： /31 = (1,2,a+ 3)7, ”2 =(2,1,。
第一章 行列式1．（95，九题，6分）设A 是n 阶矩阵，满足T AA E =（E 是n 阶单位阵，T A 是A 的转置矩阵，|A |<0，求|A +E |。
【分析】由矩阵等式T AA E =求抽象矩阵A +E 的行列式，联想到利用此等式条件，则有两种方法：①将T E AA =直接代入要计算的行列式中。
②“凑”出可利用已知矩阵等式中左端的形式T AA ，再将T AA E =代入计算。
像这种矩阵运算与行列式计算结合考查的题型，应注意. 【详解】 根据T AA E =有|||||()|||||||||,||||0.||0,||0T T A E A AA A E A A E A A A E A A E A A E +=+=+=+=++=>+=于是(1-)因为1-故2．（96，选（5）题，3分）四阶行列式112233440000000a b a b b a b a 的值等于(A) 12341234a a a a b b b b - (B) 12341234a a a a b b b b + (C) 12123434()()a a b b a a b b -- (D) 23231414()()a a b b a a b b --【 】 【答】应选（D ） 【分析】本题是根据行列式展开定理按照第一行展开计算求解的，也可以按照拉普拉斯展开定理进行计算分析，解答本题有一定的技巧性 【详解】按第一行展开，原式＝22222222133133141433334400000000a b a b a b a b a b a b b a a a b b b a b a a b ⋅-⋅=-23231414()()a a b b a a b b =--故正确选项为（D ）3．（99，选（4）题，3分）设A 是m n ⨯矩阵，B 是n m ⨯矩阵，则（A ）当m>n 时，必有行列式|||0AB ≠. （B ）当m>n 时，必有行列式|||0AB =. （C ）当n>m 时，必有行列式|||0AB ≠. （D ）当n>m 时，必有行列式|||0AB =. 【 】 【答】应选（B ） 【分析】四个选项在于区分行列式是否为零，而行列式是否为零又是矩阵是否可逆的充要条件，而矩阵是否可逆又与矩阵是否满秩相联系，所以最终只要判断AB 是否满秩即可。
第一部分 专项同步练习第一章 行列式一、单项选择题1．下列排列是5阶偶排列的是 ( ).(A) 24315 (B) 14325 (C) 41523 (D)243512．如果n 阶排列n j j j 21的逆序数是k , 则排列12j j j n 的逆序数是( ). (A)k (B)k n - (C)k n -2! (D)k n n --2)1(3. n 阶行列式的展开式中含1211a a 的项共有( )项.(A) 0 (B)2-n (C) )!2(-n (D) )!1(-n4．=0001001001001000( ).(A) 0 (B)1- (C) 1 (D) 25.=0001100000100100( ).(A) 0 (B)1- (C) 1 (D) 26．在函数10323211112)(x x x xx f ----=中3x 项的系数是( ).(A) 0 (B)1- (C) 1 (D) 27. 若21333231232221131211==a a a a a a a a a D ，则=---=323133312221232112111311122222 2a a a a a a a a a a a a D ( ). (A) 4 (B) 4- (C) 2 (D) 2- 8．若a a a a a =22211211，则=21112212ka a ka a ( ).(A)ka (B)ka - (C)a k 2 (D)a k 2-9． 已知4阶行列式中第1行元依次是3,1,0,4-, 第3行元的余子式依次为x ,1,5,2-, 则=x ( ).(A) 0 (B)3- (C) 3 (D) 210. 若5734111113263478----=D ，则D 中第一行元的代数余子式的和为( ).(A)1- (B)2- (C)3- (D)011. 若2235001011110403--=D ，则D 中第四行元的余子式的和为( ). (A)1- (B)2- (C)3- (D)012. k 等于下列选项中哪个值时，齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++000321321321x x kx x kx x kx x x 有非零解.( )(A)1- (B)2- (C)3- (D)0二、填空题1. n 2阶排列)12(13)2(24-n n 的逆序数是.2．在六阶行列式中项261365415432a a a a a a 所带的符号是.3．四阶行列式中包含4322a a 且带正号的项是.4．若一个n 阶行列式中至少有12+-n n 个元素等于0, 则这个行列式的值等于.5. 行列式=100111010100111.6．行列式=-0100002000010 n n .7．行列式=--001)1(2211)1(111 n n n n a a a a a a .8．如果M a a a a a a a a a D ==333231232221131211 ，则=---=323233312222232112121311133333 3a a a a a a a a a a a a D .9．已知某5阶行列式的值为5，将其第一行与第5行交换并转置，再用2乘所有元素，则所得的新行列式的值为.10．行列式=--+---+---1111111111111111x x x x .11．n 阶行列式=+++λλλ111111111.12．已知三阶行列式中第二列元素依次为1,2,3, 其对应的余子式依次为3,2,1，则该行列式的值为.13．设行列式5678123487654321=D ，j A 4)4,3,2,1(=j 为D 中第四行元的代数余子式，则=+++44434241234A A A A .14．已知db c a cc a b b a b c a cb a D =， D 中第四列元的代数余子式的和为.15．设行列式62211765144334321-==D ，j A 4为)4,3,2,1(4=j a j 的代数余子式，则=+4241A A ，=+4443A A .16．已知行列式nn D001031002112531-=，D 中第一行元的代数余子式的和为.17．齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=+-=+=++0020232121321x x x kx x x x kx 仅有零解的充要条件是.18．若齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=+--=+=++0230520232132321kx x x x x x x x 有非零解，则k =.三、计算题1.cb a d b a dc ad c b dcbad c b a d c b a++++++++33332222; 2．yxyx x y x y y x y x +++；3．解方程0011011101110=x x xx ； 4．111111321321221221221----n n n n a a a a x a a a a x a a a a xa a a a x；5. na a a a 111111111111210(n j a j ,,1,0,1 =≠)； 6. bn b b ----)1(1111211111311117. n a b b b a a b b a a a b 321222111111111； 8．xa a a a x a a a a x a a a a x n nn 321212121;9.2212221212121111nn n nnx x x x x x x x x x x x x x x +++; 10. 210001200000210001210001211．aa a aa a a a aD ---------=1101100011000110001.四、证明题1．设1=abcd ，证明：011111111111122222222=++++dddd c c c c b b b b a a a a .2．3332221112333332222211111)1(c b a c b a c b a x c b x a x b a c b x a x b a c b x a xb a -=++++++.3．))()()()()()((111144442222d c b a c d b d b c a d a c a b d c b a d c b a d c b a +++------=.4．∏∑≤<≤=----=nj i i jni innn nn nn n nna aa a a a a a a a a a a a a 1121222212222121)(111.5．设c b a ,,两两不等，证明0111333=c b a c ba 的充要条件是0=++cb a .参考答案一．单项选择题A D A C C D ABCD B B 二．填空题1.n ;2.”“-;3.43312214a a a a ;4.0;5.0;6.!)1(1n n --;7.1)1(212)1()1(n n n n n a a a ---; 8.M 3-; 9.160-; 10.4x ; 11.1)(-+n n λλ; 12.2-;13.0; 14.0; 15.9,12-; 16.)11(!1∑=-nk k n ; 17.3,2-≠k ; 18.7=k三．计算题1．))()()()()()((c d b d b c a d a c a b d c b a ------+++-； 2. )(233y x +-； 3. 1,0,2-=x ; 4.∏-=-11)(n k kax5.)111()1(00∑∏==-+-nk k nk k a a ; 6. ))2(()1)(2(b n b b ---+- ;7. ∏=--nk k kna b1)()1(; 8. ∏∑==-+nk k nk k a x a x 11)()(;9. ∑=+nk k x 11; 10. 1+n ;11. )1)(1(42a a a ++-. 四. 证明题 (略)第二章 矩阵一、单项选择题1. A 、B 为n 阶方阵，则下列各式中成立的是( )。
考研线性代数基础习题及答案（一）1．计算下列二阶行列式：．计算下列二阶行列式： （1）3125--； （2）log 11log a b b a )1b ,a 0,¹>且（b a ；（3）x x y x yx+-； （4）21111t t t +-+. 解：1）= (-3)×5-(-1)×2=-132）=log log 10b aa b ×-= 3）=22()()x x y x y y -+-= 4）=(t +1)(t 2-t +1)-1=t 32．计算下列三阶行列式：．计算下列三阶行列式： （1）111101112---； （2）12111516312---； （3）0230ba cbc a-； （4）111c b ca b a---. 解：1) =1×0×(-2)+1×1×(-1)+(-1)×1×1-(-1)×0×(-1)-1×1×1-(-2)×1×1=-1 2) =1×15×(-2)+2×16×3+(-1)×(-1)×1-(-1)×15×3-16×1×1-(-2)×2×(-1)=92 3) =2()30000b c ac a b c abc ´´+-´´+---= 4) =22222211abc abc b a c a b c +-+++=+++3．求下列各排列的逆序数，并说明它们的奇偶性：．求下列各排列的逆序数，并说明它们的奇偶性： （1）264315； （2）542163. 解：1）6G = 偶排列偶排列 2）9G = 奇排列奇排列4．确定i 和j 的值，使得9级排列级排列 （1）1 2 7 4 i 5 6 j 9成偶排列；成偶排列；（2）3 9 7 2 i 1 5 j 4成奇排列. 解：1）当8,3i j ==时成偶排列时成偶排列 2）当8,6i j ==时成奇排列时成奇排列5．利用行列式定义计算下列行列式．利用行列式定义计算下列行列式（1）010010100101001D =； （2）12340000000000a a D a a =. 解：1）(2143)21124334(1)1D a a a a G =-= 2）(2143)142332411234(1)D a a a a a a a a G=-=6．利用行列式性质计算下列行列式：．利用行列式性质计算下列行列式：（1）313023429722203-； （2）3211040220110102；（3）1234234134124123； （4）213131071242115-----. （5）xy x y y x y x x yxy+++; （6）222a b c a b c b c a b cac a b++++++. 解：1) =312103430455223121--=-=--- 2) =10100002602100302=--3) =100010001113110010101601222124411111104-==-------- 4) =10001001138100085521005725401151143==------5) =00x x x y x x y yx y x x y x xx y y x y +++++=0000xyx y y x x y x y y x y x yx y x-++--- 332()x yxyx y x y xy x x y y =+=-+-+-6) =222a b c a bc b c a b c a c a b++++++ =22a b ca b c a b c c b c ab ca c ab ++------++++ 111()22a b c cb c ab cac a b--=++++++=111()022022a b c b c a b c a c c a b --++++++++ 111()0()022a b c a b c a b a cc a b--=++++-++++ =32()a b c ++7．计算下列行列式：．计算下列行列式：（1）1123103230n n nD --=--；（2）111222121212n n n n a a a n a a a nD a a a n++++++=+++（n ≥2）；（3）11221110001100011000010011n n n n a a a a D a a a +-----=---；（4）0121111111000101210001n i n na a a D a i n a a +-=¹=（其中0，，，，，）.解：1) 10001200!1n D n n-==-2) 1°当n =2时，12n D a a =-2°当n ＞2时，11111222222122120212n nn n n n a a a n a a na a a n a a n D a a a na a n++++++++=+=++++3) 110000110000110010001000011n D+--==-4) 01211201111110000000010000nn n i i n na a a D a a a a a a a +=-æö==-ç÷èøå8．解方程：．解方程：（1）2212134526032113212x x ---=--+-- （2）11001()01001x y z x x y z y z=其中、、均为实数. 解：1)22(9)(1)0x x --=3x =±或1x =± 2)22211x y z ---=0x y z ===9．用克拉默法则解下列线性方程组：．用克拉默法则解下列线性方程组： （1）123123133243421132411x x x x x x x x x --=ìï+-=íï-+=î（2）1234123423412342513232222420x x x x x x x x x x x x x x x -++=ìï++-=ïí++=-ïï-++=î解：1)1234112412141142311234111124311432113,,1211211211342342342324324324x xx --------====------------2) 12251115112111113121311231032223220222214201422042D D D -----===----34251125111121113243220322211214D D ----==---- 312412341,0,,1DDDDx x x x DDDD\=======-10．k 取何值时，下面的方程组仅有零解？取何值时，下面的方程组仅有零解？（1）320720230x y z kx y z x y z +-=ìï+-=íï-+=î（2）0020kx y z x ky z x y z ++=ìï+-=íï-+=î解：1) ) 当当32163725630,,5213kk k --=-¹¹-即时仅有零解仅有零解2) ) 当当1111(1)(4)0,14,211kk k k k k -=+-¹¹¹-即且时仅有零解仅有零解（B ）1．填空题．填空题 （1）设1234134()124123x f x x x=，则方程f (x )=0的根为____________； （2）1111111111111111xx y y +-+-=________________；（3）设行列式3040222207005322--，则第四行各元素余子式之和的值为__________；（4）n 阶行列式阶行列式00010000001n a a D a a==__________ （5）设n 阶行列式阶行列式13521120010301n n D n-=则D n 的第一行各元素的代数余子式之和11121n A A A +++= ______________. 解：1) ()(2)(3)(4)0f x x x x =---= 2,3,4x x x \===2) =22x y 3) -284) 2nn a a--5) 21!(1)nk nk =-å2．选择题．选择题（1）下列行列式中，不等于零的是（）下列行列式中，不等于零的是（ ）. A ．1231110.50.50.5---B. 1231110.5 1.5 2.5 C. 1531210.54 2.5D. 111412125---- （2）已知2122231112132122233111321233133132331121122213232223322a a a a a a a a a m a a a a a a a a a a a a a a a =---+++，则=（ ）. A ．6m B ．-6m C ．12m D ．-12m（3）多项式10223()71043173x x x f x x-=--中的常数项是（中的常数项是（ ）. A ．3 B ．-3 C ．15 D ．-15 （4）设行列式1234123412341234()a a a a x a a a x a f x a a xa a a xa a a --=--，则方程()f x =0的根为（的根为（）. A ．1234,a a a a ++ B ．12340,a a a a +++ C ．1234,a a a a --D ．12340,a a a a ----（5）n 阶行列式D n 为零的充分条件是（为零的充分条件是（ ）. A ．主对角线上的元素全为零．主对角线上的元素全为零B ．有(1)2n n -个元素都等于零个元素都等于零 C ．至少有一个（n -1）阶子式为零）阶子式为零D ．所有（n -1）阶子式均为零）阶子式均为零 解：D 、A 、A 、B 、D 3．证明：32222()22a b c a a b b c a b a b c ccc a b----=+---. 证明证明: : : 左左=111()2222a b c bb c a bc cc a b++---- 33111()00()0a b c b c aa b c c a b=++---=++---4．证明：1111111112222222222a bb cc aa b c a b b c c a a b c a b b c c a a b c ++++++=+++. 解：11111111112222222222ab c c a b b c c a ab c c a b b c c a a b c c a b b c c a ++++=+++++++++左 =1112222ab cab c a b c5．计算下列n 阶行列式：阶行列式：（1）0000100002001000000nD n n=-； （2）123121221321321221n n n n n D n n nn n ---=---- ； （3）210001210000021012n D ---=--；（4）12323413452121n n D n n =-. 解：解： 1) (1)(2)((1),(2)1,)2(1)!(1)!n n n n nnD n n --G --=-=-2) 11111111110222111120022211111nn n n n Dn n n ------------=--=---12(1)2(1)n nn --=-+3) 100000210001200100012n D n ---=--=+-- 4) 1231341(1)145221111n n n n D n +=- =1230111(1)01112111n n n n n-+-(1)12(1)(1)2n n n n n +-+=-×6．用数学归纳法证明．用数学归纳法证明2112122222122122121111n n n n n n na a a a a a a a a a D a a a a a a a a ++==++++12cos sin(1)sin n q qq+=2cos sin 3sin q q q==sin(1)sin k qq=sin(2)sin k qq=又又111x x x =解：211112122212111()1n n i j j i n n nn n a a a a a a D a a a a a --£££-==-Õ123,0n D D D x D ===== 11231,0n D x x x x D \======10．若齐次线性方程且．若齐次线性方程且1234123412341234020300x x x ax x x x x x x x x x x ax bx +++=ìï+++=ïí+-+=ïï+++=î有非零解，则a 、b 应满足什么条件？应满足什么条件？解：当11112110113111a a b =-即2(1)4a b +=时,方程组有非零解方程组有非零解..。
1．利用行列式展开定理证明：当时，有L 0 01L 001L 0n1n1D n．MMM O MM00L000 L 1证： 将行列式按第一行展开，得D n()D n 1 D n 2 ，则D nD n 1( D n 1D n2)2(D n2D n 3)n2n22nL n 2(D 2D 1)n 2[()2()]所以 D nD n 1n（1）由D n 关于与 对称， 得D nD n 1n（2）n1n1由 （ 1）与（2）解得 D n证： 构造 5 阶行列式2．已知 1326、2743、5005、3874 都能被 13，不计算行列式的值，证明1 32 6 2 7 43 5 0 0 5 3 8 7 41 32 61 32 13262 7 4 32 7 4 2743 证：5 0 0 5 c41000c 1 5 0 0 5005 c4 100c 23 8 74 c410c 33 8 7 3874所以原行列式能被 13 整除．3．证明 : 111a 2 a 4abc22 bc 44 bc 1 dd 2 d 4(a b)(a c)(a d)(b c)(b d)(c d)(a b c d) ．由已知，得后行列式的第 4 列具有公因子 131111 abcd则 D 5 (b a)( c a )( d 比较( 1) D5 a 2 b 2 c 2 d 23333abcd 4444abcda)(c b)( db)(d c)(x a)(x b)(x c)(x d) ．1 1 111 1 1 1 a b c d4abc d2 2 2 2 x 4 (2222a b 2 c d 2a b 2 c d 2 3 3 3 34 4 4 4a b 3 c d 3a b 4 c d 4 将 D 5 按第 5 列展开， 得与( 2)右边 知结论成立． D 5 )x 33 x 3的系数，1)2)4．证明：当 (a 1)2 4b 时，齐次线性方程组 证： 方程组的系数行列式11 1a12 11D11 3111a a b当 D 0 ，即 (a 1)2 4b 时， 方程组有非零解． 2(a 1)2 4b ，5．若 A 为 n 阶对称矩阵， P 为 n 阶矩阵，证明 P T AP 为对称矩阵． A T A 证： 因为 (P T AP)T P T A T (P T )T P T AP ，所以 P T AP 为对称矩阵． x 1 x 2x 3ax 4 0,x 1 2x 2x 3 x 4 0,有非零x 1 x 2 3x 3x 40, x 1 x 2a x 3 (a b)x 46．设 A,B,C 都是 n 阶矩阵，证明： ABC 可逆的充分必要条件是 A,B,C 都可逆． 证： ABC 可逆 ABC 0 A B C 0 A 0, B 0,C 0 A,B,C 都可 逆．(A 2E) A 2EE ，21A E 所以 A 2E 可逆，且 A 2E A E．22 E 及(E A)(E A A 2) E ，所以 E A 及E A 都是可逆矩阵．9． （1）设P 1AP B ，证明B k P 1A k P ．1 0 01 00（2）设AP PB ，且 P2 1 0 , B0 00 ，求 A 与A20112 1 10 01证：1）k 1 kB k ( P 1AP )kP 11A(PP 1) A(PP1)L ( PP 1 1k)AP P 1A kP ．2） 由 AP PB ，得 APBP 1，且 A 20 11PB 2011P 1 ．又1 0 01 0 0P 121 0 , B 20110 0 0 B，41 10 011 0 0所以 A 20 0 2011,APBP1A ．6 1 110．（ 1）设AO C B O，且 m 阶矩阵 B 和n 阶矩阵 C 均可逆，试证明 A 1 OCB 1 Oa 10 L0 0 a 2L（ 2）设矩阵AM M MM，其中a 1, a 2 ,L ,a n 为非零常数，求A 1．0 0 0 L a n 1a n 0 0 L证： 由 A 2 3A O ，得 (A 2E)(A E) 2E ，即7．设 n 阶方阵 A 满足 A 2 3AO ，证明 A 2E 可逆，并求A 2E8．设 A 为 n 阶矩阵，且 A 3 O ，证明 EA 及 E A 都是可逆矩阵．证：22由 A 2 O ，得 (E A)( E A A 2 )12．证明：（ 1）设 A,B 为矩阵，则 AB BA 有意义的充分必要条件是 A, B 为同阶矩阵．（2）对任意 n 阶矩阵 A, B ，都有 AB BA E ，其中 E 为单位矩阵． 证：（ 1）设A 为 m n 矩阵，B 为 s t 矩阵，则证：O1）因为COB 1C 11BB1OCC 1E ，所以 A 可逆，且2）将矩阵进行如下分块：a n则A 1 ．又 B 1A 1A 1a 1a 2Mdiag (a 1 1,a 2 ,L C 1a n 1L,a n 1),C(a n 1) 所以1a 11 01a 21 1a n 111．设 A 为 n 阶矩阵， 满足 A 25A 6E证明：R(A 2E)R(A 3E) n ．证： 由 A 2 5A 6E O ，得 (A 2E)(A3E) O ，所以所以 R（AR(A 2E)R(A 3E) n .R(A 2E)2E) R(AR(A 3E)3E) R( A 2E) R(A 3E) R(E) n ，n .n s,t m,m n s t ，m s,t n.A A T A A T其中为 对称矩阵， 为反对称矩阵．2与偶函数之和)14．已知 n 阶矩阵 A,B 满足 AB A B ，试证 A E 可逆，并求 (A E) 证： 由 AB A B ，得(A E)(B E) E ，所以 A E 可逆，且 (A E) 1 B E ．1115．设 A 为元素全为 1的 n(n 1)阶方阵，证明： E A 1E A ． n11 n 12 2 证： E A (E A) E A A 2 ．又 A 2 nA ，故 n 1 n 1 n 11 E A (E A) E ， n111 所以 E A 1 E 1A ．AB BA 有意义 即 A,B 为同阶矩阵．2)设 A (a ij )n n ,B(b ij )n n ，则 AB BA 的主对角线上元素之和为nnnna ikb kib st a ts1k1 s1t1n n n na ikb kia tsb st0 ，i 1 k 1 t 1 s1而 E 的主对角线上元素之和为 n ，所以 AB BA E ．证设 A 为任意 n 阶矩阵，则A A AT2 A A T ，2你是否能联系到函数可以表示为奇函数n113．证明：任意 n 阶矩阵都可表示为一个对称矩阵与一个反对称矩阵的和．16．设 n 阶矩阵 A 与 B 等价，且 A 0，证明 B 0．证： A 与B 等价，则存在 n 阶可逆矩阵 P 与Q ，使得 B PAQ ，有B PAQ P A Q 0 ．：此结论告诉我们初等变换不改变矩阵的可逆性．17． 设 A 为 n 阶方阵，且 A 2 A ，证明RARA E n ．证：因为 A(A E)2 A 2A O ，所以 R AR A E n ．又RA R A E RARA E R(E) n ，所以 R A R A En ．18． 设 A 是 n m 矩阵， B 是 m n 矩阵， 其中 nm．若 AB E ，其中 E 为 n 阶单位矩 阵． 证明方程组 BX O 只有零解．证：由 AB E ，得 R(AB) n ．又 n R(B) R(AB) n ，得 R(B) n ，所以方程组BX O 只有零解．19．（ 1）设 R n ，证明：线性相关当且仅当0．（2）设 1, 2 R n，证明：1,2线性相关当且仅当它们对应的分量成比例．证： （１ ）线性相关 k0,k0 0 ．（2）1, 2 线性相关 k 1 1k 2 2 0 ，其中 k 1,k 2 不全为零．不妨设 k 1 0，则所以1, 2, 3 , 4必线性相关．2 对应的分量成比例．2线性相关20． 任取23R n，又记 1121，证明 4必线性相关．证： 显然134 2 4，即1( 1) 2 3( 1) 4 0，21．设1, 2,L , s R n为一组非零向量，按所给的顺序，每一i(i 1,2,L ,s) 都不能由它前面的i 1个向量线性表示，证明向量组1, 2,L , s 线性无关．证：用数学归纳法证明．s 1时，10，则1线性无关．设s m时成立，即1, 2,L , m 线性无关．当s m 1时，若1, 2,L , m, m 1线性相关，则m1可由1, 2,L , m线性表示，矛盾，所以向量组1, 2,L , s 线性无关．22．设非零向量可由向量组1, 2,L , s 线性表示，证明：表示法唯一当且仅当向量组1 ,2 , L , s 线性无关．证：可由向量组1, 2 ,L , s 线性表示R(1,2,L , s) R( 1, 2 ,L, s| ) ．则表示法唯一x1 1 x2 2 L x s s有唯一解R(1 ,2 ,L , s ) R( 1,2 ,L , s |)sR(1, 2,L , s ) s 1 , 2,L ,s 线性无关．23．设1, 2 ,L,n R ，证明：向量组1 , 2 ,L ,n 线性无关当且仅当任一n 维向量均可由1, 2,L , n 线性表示．证：必要性：1, 2,L , n线性无关，任取R n，则1, 2,L , n, 线性相关，所以可由1, 2,L , n 线性表示．充分性：任一n维向量均可由1, 2,L , n线性表示，则单位坐标向量e1,e2,L ,e n 可由1, 2 ,L , n线性表示，有n R(e1,e2,L ,e n) R( 1, 2,L , n) n ，所以R( 1, 2,L , n ) n ，即1, 2,L , n线性无关．24. 设A：1,L , s和B：1,L , t为两个同维向量组，秩分别为r1和r2 ；向量组C AUB的秩为r3 ．证明：max r1,r2 r3 r1 r2．证：先证max r1,r2 r3．显然A组与B组分别可由C组线性表示，则r1 r3 ，且r2 r3，所以max r1,r2 r3 ．次证r3 r1 r2．设i1,L , ir1为A组的一个极大无关组，i1,L , ir2为B组的一个极大无关组，则C 组可由i1,L , ir1, i1,L , ir2线性表示，有r3 R( i1,L , ir1, i1,L , ir2) r1 r2 ．25．设B为n阶可逆阵，A与C均为m n矩阵，且AB C．试证明R(A) R(C)．证：由AB C ，知C 的列向量组可由A 的列向量组线性表示，则R(C) R(A)．1因为B 可逆，则A CB 1，知A的列向量组可由C 的列向量组线性表示，则R(A) R(C) ．所以R(A) R(C) ．26．设A为m n矩阵，证明：A O当且仅当R(A) 0．证：必要性显然，下证充分性：R(A) 0 A O ．设为A的任一列向量，则R( ) R(A) 0，所以R( ) 0 0 ．由的任意性知A O ．T T T 327．设 1 ( 2,1,3)T , 2 ( 1,0,1)T , 3 ( 2, 5, 1)T．证明向量组1, 2, 3是R3的一组基，并求向量(2,6,3)T在这组基下的坐标．26 MM 257281 MMM 001 010 1003 7 1得1, 2, 3是R3的一组基，且在这组基下的坐标为（ , 8, ）．2228．设1, 2 , , m是齐次线性方程组AX 0 的基础解系，求证 1 2, 2,L , m 也是AX 0 的基础解系．证：显然 1 2, 2,L , m 是AX 0 的解，只需证明它们线性无关．1 0 L 01 1 L 0(12, 2,L , m) ( 1, 2,L , m) ( 1, 2,L , m)K m m．M M M0 0 L 1由K 1 0，得R( 1 2, 2,L , m) R( 1, 2,L , m) m ，所以 1 2, 2,L , m 线性无关．29．设A是n阶方阵．证明：存在一个n阶非零矩阵B，使AB O 的充要条件是Α 0．证：存在B O ，使得AB O AX 0 有非零解30．设A是n阶方阵，B为n s矩阵，且R（B） n．证明：（1）若ABO，则A O ；（2）若AB B，则A E n．证：（1）AB O ，则R(A) R(B)n ．又R( B)nR(A)0 A O（2）AB B (A E)B O ．由（１）得A E O A E ．31．设1,2,, s为n维非零向量，A为n阶方阵，若A 1 2, A 2 3, ,A s 1s，A s 0 ，试证明1,2,, s 线性无关．证：设x11x2 2 L x s 1 s 1 x s s 0 ．该式两边左乘以A，得x1 2 x2 3 L x s 1 s 0依此类推，得x1 s 0．由s 0，得x1 0．同理可证x20,L , x s 0．所以12 s 线性无关．12r可由 1, 2,r线性表示，所以B 组可由 A 组线性表示 .故 A 组与 B 组等32．设 A 11,A 212, A 323，其中 A 为 3 阶方阵，1, 2, 3为 3 维向量，且 1 0 ，证明1, 2 , 3 线性无关．证： 设 x 1 1 x 2 2 x 3 30．（1）（ 1）式两边左乘以 A ， 得(x 1x 2 ) 1(x 2x 3) 2 x 3 3 0．（2） （2）减去（1），得 x 21 x320 ．（3）（3）式两边左乘以 A ，得(x 2x 3) 1x 320 ．（4）（4）减去（3），得 x 3 1 0 ． 因为 10， 所以 x 3 0 ．代入（３），得 x 2 10，所以 x 2 0．代入（ 1），得 x 1 10，所以 x 1 0 ．所以1, 2, 3 线性无关．33．设 A 为n 阶方阵， 为n 维列向量．证明：若存在正整数 m ，使A m 0，而 A m1 0，则 ,A ,L ,A m 1 线性无关． 证： 设 x 0 x 1A L x m 1A0 ，该式两边左乘以 A ，得x 0A m 10 ．因为 A m 10 ，所以 x 0 0．同理可证 x 1 Lx m 1 0．所以 ,A ,L ,A m 1 线性无关．34．设向量组 A 的秩与向量组 B 相同，且 A 组可由 B 组线性表示，证明 A 组与 B 组等价． 证： 设R （A ） R （B ） r ， 1, 2, , r 为 A 组的一个极大无关组， 1, 2, , r 为B 组 的一个极大无关组．由 A 组可由 B 组线性表示，得（ 1, 2, , r ） （ 1, 2, , r ）K r r .又r R （K ） R （ 1, 2,L , r ） r ，则 R （K ） r ，即 K 为可逆矩阵，有1（ 1, 2,L , r ） （ 1, 2,L , r ）K 1，价．35．设向量组 A ： 1, 2, , s 线性无关，向量组 B ： 1, 2,L , r 能由 A 线性表示为 ( 1 , 2 ,L , r ) ( 1 ,2 , L , s ) K s r ，其中 r s ，证明：向量组 B 线性无关当且仅当 K 的秩 R(K) r ． 证： 向量组 B 线性无关 ( 1, 2,L , r )X r 1 0只有零解( 1, 2,L , s )(K sr X r 1) 0只有零解1, 2 ,L , s 线性无关K s r X r 1 0 只有零解 R(K ) r ．36．设 A,B 都是 m n 矩阵，试证明： R(A B) R(A|B) R(A) R(B) ．证： 先证 R(A B) R(A|B)．显然 A B 的列向量组可由 A 的列向量组和 B 的列向量 组线性表示，则 R(A B) R(A|B) ．此证 R(A|B) R(A) R(B)．设 R(A) r,R(B) s ，A ?与 B ?分别为 A 与B 的列向 量组的一个极大无关组，则 ( A | B)的列向量组可由 A ?与 B ?线性表示，有R(A| B) r s R(A) R(B)，即 R(A|B) R(A) R(B) ．1)证明 1, 2, 3是 R 3 的一组基； 2)求由基 1, 2, 3 到基 1, 2, 3的过渡矩阵；3)若向量 在基 1, 2, 3 下的坐标为 (1,0,0) ，求向量 在基 1, 2, 3下的坐标．101证：( 1 , 2, 3 ) ( 1, 2 , 3 ) 1 1 001137．设 1, 2, 3是 R 3的一组基，2，2 2 3， 3 3 1 ．１)101(１)由1 1 0011所以1, 2, 3是R3的一组基．1012)由(１)式，得由基1, 2, 3 到基1, 2, 3 的过渡矩阵1 1 0011 3 ) 在基1, 2, 3 下的坐标10111 1 1 1 1111 1 1 TY P 1X 1100 1 1 1 02(12,12,12)0110 1 1 1 038．设A 为m r 矩阵，B 为r n 矩阵，且AB O ．求证：(1) B 的各列向量是齐次线性方程组AX 0 的解；(2)若R( A) r ，则B O；(3)若B O ，则A 的各列向量线性相关．证： (1)令B ( 1, 2,L , n)．由AB O ，得(A 1,A 2,L ,A n) (0,0, L ,0) ，即A j 0, j 1,2,L ,n，所以B 的各列向量是齐次线性方程组AX 0的解．(2)若R(A) r ，则AX 0只有零解，所以B O．(3)若B O ，则AX 0 有非零解，所以A 的各列向量线性相关．39．设A为n阶方阵( n 2 )，证明：(1)当R(A) n时，R(A ) n； (2)当R(A) n 1时，R(A ) 1；(3)当R(A) n 1时，R( A ) 0．n1证： (1)当R(A) n时，A 0 A* A n 1 0 ，所以R(A ) n ．(2)当R(A) n 1时，由AA*A E O，得R(A) R(A*) n有R(A*) 1．又A中2 0 ，得R( 1, 2, 3) R( 1, 2, 3)3 ，则1, 2, 3线性无关，至少有一个n 1 阶子式不为零，则A O R(A ) 1，所以R(A ) 1 ．(3)当R(A) n 1时，则A中所有一个n 1阶子式全为零，有A* O R(A*) 0 ．240．设矩阵A满足等式A2 3A 4E 0，试证明A的特征值只能取值1或4．证：设为A的特征值．由A2 3A 4E 0 ，得满足2 3 4 0，解得1 或4．41．设方阵A满足A T A E，其中A T是A的转置矩阵，E为单位阵．试证明A的实特征向量所对应的特征值的模等于1．证：设X 为A 的实特征向量，对应的特征值为，则AX X ．由A T A E ，得X T A T AX X T EX X T X ，即(AX)T(AX) X T X，有2X T X X T X ．又X T X 0，则2 1，所以1．42．设矩阵A与B 相似，试证：T T 1 1(1)A T与B T相似；(2)当A可逆时，A 1与B 1相似．证：A与B相似，则存在可逆矩阵P，使得B P 1AP．T 1 T T T 1 T T T T 1(1) B T(P1AP)T P T A T(P1)T P T A T(P T)1．因为P T也可逆，所以A T与B T相似．(2) B 1 (P 1AP) 1 P 1A 1(P 1) 1 P 1A 1P，所以A 1与B 1相似．43．设A,B 都是n阶实对称矩阵，证明A与B 相似的充要条件是A与B 有相同的特征值．证：必要性：A与B相似，则存在可逆阵P，使得P 1AP B．有|B E| |P 1AP E| |P 1(A E)P| |P 1| | A E| |P| | A E|，所以A与B有相同的特征多项式，即有相同的特征值．充分性：若实对称矩阵A与B有相同的特征值，设1, 2, n 为它们的特征值．令diag ( 1, 2,L , n) ．则A与相似，B与相似，所以A与B相似．44．设 A 为 3 阶矩阵， 1, 2为 A 的分别属于特征值 1,1的特征向量，向量3满足A 3 2 3 ．（1）证明 1, 2 , 3线性无关；(2)令 P ( 1, 2, 3)，求 P 1AP ．证：（ 1）设 x 1 1x 2 2 x 330 ，（1） （1） 式两边左乘以 A ，得x 11(x 2 x 3 ) 2 x 3 3 0 ．（2） （1）- ( 2)，得2x 1 1 x 3 20．显然 1, 2线性无关，则 x 1 0,x 3 0 ．代入（１），得x 220 ，有 x 20 ，所以 1, 2, 3 线性无关．2)AP A( 1, 2, 3)(A 1,A 2,A 3)(1, 2 , 23)1 0 01 0 0( 1 , 2 , 3 ) 0 1 1P 0 1 1，0 0 10 11 0 0 1 0 0即 AP P 01 1 ．由第一部分知 P 可逆，所以 P 1 AP 0 1 1 ．0 0 10 145．设 A,B 均为 n 阶方阵，且 R （A ） R （B ） n ．试证： A, B 有公共的特征向量．A证： 考虑方程组 B A X n 1 0，其系数矩阵的秩AR R(A) R(B) n ， B A则方程组有非零解 ，即 0 ，故BA 0,B 0 ，即 0是 A,B 的公共特征值， 是 A,B 属于特征值0 的公共的特征向量．46．设 A 是n 阶方阵，且满足 R(E A) R(E A) n ．试证: A 2 E ．证： 设 R( E A) r ． (1) 若r 0，则 E A 0，即 AE ，有 A 2 E ．(2)若 r n ，则 R(E A) 0，即 A E ，有 A 2 E ．3)若 0 r n ，则 (A E)X 0的基础解系 1, 2,L1的 线性无 关特征 向量； 又 R(E A) n r ，则 (A E)X48．证明：若矩阵 A 正定，则矩阵 A 的主对角线元素全大于零．证： 设实对称矩阵 A (a ij )n n 正定，则二次型x 1 0,L , x i 1 0,x i 1,x i 1 0,L ,x n 0，则 f a ii 0．由 i 的任意性，所以 A 的主对角线元素全大于零．1 a n 12,L ,r 就是A 的属于特征值 1 的线性无关特征向量；从而 A 有 n 个线性无关特征向量： 2,L , nr 2,L , r，所以 A 能相似对角化． 令P 2 ,L , 1, 2 ,L ,r ，有 1APE n rOOE r， En rOE n rP 1 ，所以 A 2 E ．47． n 阶矩阵 证： 由 ABA,B 满足 AB A 不是 A 的特征值． B ，得(A A E)( B E) E B ，证明 1不是 A 的特征值． ，所以 A E 可逆，有 A E 0 ，所以 1n r 就是A 的属于特征值0的基础解系nnX T AX a ij x i x j 正定．取i 1 j 1。
