MIT线性代数试题exam3sol_MIT

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测验3答案 2005年5月4日

问题1

a) 矩阵A的特征多项式为

这样A有一重特征根1和两重特征根14。特征值1的特征向量为(1,1,1)T的非零倍数,剩

余的两个特征向量非零且正交于(1,1,1)T,形式如下(其中(a,b)≠(0,0))

这个向量空间的一个正交基为

b) 使S成为正交矩阵,即

这样矩阵A即变为对角线上元素为1,14,14的对角矩阵。

又因为

所以

c) 如果A-rI正定则r<14。因为r为正数,可以取r=18。

如果A-sI正定性不确定则14

如果A-tI负定则t>1。可以取t=2。

2

d) B的奇异值为1,12,12。

问题2

a) A的积等于特征值之和0。我们推断第2行第2列的元素为-a。同理可得,A的行列式

等于特征值的乘积-1。我们推断第2行第1列元素为1−a2。这样我们有

b) 因为矩阵A有两个不相等的特征值,所以A有两个线性独立的特征向量。

c) 当且仅当A具有对称性时才会有正交的特征向量,即a=0。如果a≠0,那么A的特征

向量就不正交。

d) 不管a取何值矩阵A都有特征值1和-1。所以A的Jordan规范形为 10

0−1 。

问题3

a) 微分方程dudt=Au的通解形式为(其中c

1,c

2,c

3为任意常数)

b) 因为向量x1,x

2,x

3独立,所以它们构成ℝ3的一个基。ℝ3中的任一向量都可以表示成如下

的线性组合形式:u0=a

1x

1+a

2x

2+a

3x

3。由矩阵A我们得到

要使当k趋近于无穷大时向量uk趋近于零,应使极限limk→∞λ

ik=0,也就是对所有的i

值都有−1<λi<1。