习题答案(第七章)
- 格式:doc
- 大小:767.50 KB
- 文档页数:11
1、 判断下列变换是否是指定向量空间的线性变换,并说明理由: 1) 在向量空间V 中, 0)(αασ=,其中0α是V 中某一固定向量; 2) 在3F 中,σ),,32(),,(c c b b a c b a ++=;3) 在3F 中,σ),,(),,(222c b a c b a =; 4) 在][x F 中,σ)1())((+=x f x f ;5) 在][x F 中,σ)())((c f x f =,其中c 是F 中一个固定的数;6) 在n n F ⨯中,σA A '=)(;解:1)当0α=0 时,σ是线性变换;当0α≠0时,σ不是线性变换;2)是;3)不是;4)是;5)不时;6)是。
2、设])[(,x F L ∈τσ,且][)(x F x f ∈∀,σ)())((x f x f '=, )())((x xf x f =τ.证明:-σττσι=()[],()(())(())(())(())(`())`()()`()()(()),f x F x f x f x f x xf x f x xf x f x xf x f x f x σττσσττσστισττσι∀∈-=-=-=+-==∴-=解:3、在向量空间3F 中,设()1,1,11-=ε,()1,0,12-=ε,()1,1,13=ε ()2,1,11-=η,()21,1,2η=,()1,1,23-=η是3F 的两个基,L ∈σ(3F ),使()i i ηεσ=,3,2,1=i①321,,εεε到基321,,ηηη的过渡矩阵; ②σ在基321,,εεε下的矩阵; ③求σ 基321,,ηηη下的矩阵;④设)3,1,2(-=α,分别求()ασ在基321,,εεε与321,,ηηη下的坐标. 解:①取3F 的一组基123(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)e e e ===,则有123123111(,,)(,,)101,111e e e εεε⎛⎫⎪= ⎪ ⎪--⎝⎭123123112(,,)(,,)111,221e e e ηηη-⎛⎫⎪=- ⎪ ⎪⎝⎭1123123123513111112222(,,)(,,)101111(,,)203111221331222ηηηεεεεεε-⎛⎫-- ⎪-⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪=-=- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭-⎪⎝⎭所以,321,,εεε到基321,,ηηη的过渡矩阵为513222203331222⎛⎫-- ⎪ ⎪- ⎪ ⎪-⎪⎝⎭。
②因为123123123123513222(,,)(,,)(,,)203(,,)331222A σεεεηηηεεεεεε⎛⎫--⎪⎪==-= ⎪ ⎪- ⎪⎝⎭,所以,σ在基321,,εεε下的矩阵为A 。
③因为123123123123(,,)[(,,)](,,)(,,)A A A σηηησεεεσεεεηηη===,所以,σ在基321,,ηηη下的矩阵仍然为A 。
④因为11231231231211122()(,,)1(,,)1011(,,)33111312e e e σααεεεεεε-⎛⎫⎪--⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪ ⎪⎪====- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭⎝⎭ ⎪⎝⎭,所以,()ασ在基321,,εεε的坐标为11,3,22⎛⎫- ⎪⎝⎭。
因为112312312335211221()(,,)1(,,)1111(,,)53221375e e e σααηηηηηη-⎛⎫ ⎪---⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪===-= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ ⎪ ⎪⎝⎭,所以,()ασ在基321,,εεε的坐标为317,,555⎛⎫⎪⎝⎭。
4、在P 3中,定义线性变σ为12312231(,,)(2,,)x x x x x x x x σ=-+。
①求σ在基123(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)εεε===下的矩阵;②设(1,0,2),α=-求()σα在基123(2,0,1),(0,1,1),(1,0,2)ααα==-=-下的坐标; ③σ是否可逆,若可逆,求1σ-。
解:①123()(2,0,1),()(1,1,0),()(0,1,0)σεσεσε==-=,于是123123210(,,)(,,)011100σεεεεεε-⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭,即:σ在基123,,εεε下的矩阵为210011100-⎛⎫ ⎪⎪ ⎪⎝⎭。
②因为123123201(,,)(,,)010,112αααεεε-⎛⎫⎪=- ⎪ ⎪⎝⎭所以()()()()123123123112101(),,0,,0,,0110221002σασεεεσεεεσεεε⎛⎫-⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪=== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎪---⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭1123123*********(,,)0100110(,,)3112100245αααααα-⎛⎫⎪--⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪ ⎪⎪=-= ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎭- ⎪⎝⎭。
所以,()σα在基123,,ααα下的坐标为34,3,55⎛⎫-⎪⎝⎭③由于σ在基123,,εεε下的矩阵可逆,故σ可逆,3123(,,),x x x P β∀=∈()()()1111111232123212323331123212123123210201()(,,),,011,,010********,,(23,,2)2x x x x x x x x x x x x x x x x x x x σβσεεεεεεεεεεεε-----⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪===- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭-⎛⎫ ⎪=-=--++ ⎪ ⎪++⎝⎭5、已知P 3的线性变换3(,,)(2,4,3)((,,))a b c b c a b a a b c P σ=+-∀∈求σ在基123(1,1,1),(1,1,0),(1,0,0)ααα===下的矩阵。
解:因为112321233123()(3,3,3)366()(2,3,3)365()(0,1,3)32σαααασαααασαααα=-=-+⎧⎪=-=-+⎨⎪==--⎩,所以σ在基123,,ααα下的矩阵为333662651A ⎛⎫ ⎪=--- ⎪ ⎪-⎝⎭。
6、已知22P⨯的两个线性变换:221011(),()(,,)2011X XN X MX X PM N σδ⨯⎛⎫⎛⎫==∀∈== ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭①求,σδσδ+在基11122122,,,E E E E 下的矩阵; ②σ与δ是否可逆?若可逆,求其逆变换。
解:①因为,σδ在基11122122,,,E E E E 下的矩阵分别为:1100100011000100,001120000011020A B ⎛⎫⎛⎫⎪⎪-⎪⎪== ⎪ ⎪-⎪⎪--⎝⎭⎝⎭所以,,σδσδ+在基11122122,,,E E E E 下的矩阵分别为:2100110010001100,201122000211220A B AB ⎛⎫⎛⎫⎪⎪-⎪⎪+== ⎪ ⎪---⎪⎪---⎝⎭⎝⎭。
②由于||40,||0A B =≠=,所以线性变换σ可逆,而δ不可逆。
1σ-在基11122122,,,E E E E 下的矩阵为:1110022110022,110022110022A -⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪- ⎪=⎪ ⎪ ⎪ ⎪ -⎪⎝⎭7、已知22P⨯的线性变换:221011(),(,,)1111X MXN X PM N σ⨯-⎛⎫⎛⎫=∀∈== ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭求σ的特征值与特征向量。
解:取22P⨯的基11122122,,,E E E E ,则111111122122121211122122212121222221101011()110011100111()110011100011()111011100()11E ME N E E E E E ME N E E E E E ME N E E E ME N σσσσ-⎛⎫⎛⎫⎛⎫===-+- ⎪⎪⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎭-⎛⎫⎛⎫⎛⎫===-+-+ ⎪⎪⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎭-⎛⎫⎛⎫⎛⎫===- ⎪⎪⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫== ⎪⎝⎭21220110111E E -⎛⎫⎛⎫=-+⎪⎪-⎝⎭⎝⎭所以σ关于基11122122,,,E E E E 的矩阵为1100110011111111A -⎛⎫ ⎪-⎪= ⎪-- ⎪--⎝⎭。
所以2211001100()(2)11111111A x x f x xI A x x x x --=-==-----,所以A 的特征根为120λλ==和342λλ==,当120λλ==时,则123411000110001111011110x x x x -⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪- ⎪ ⎪ ⎪= ⎪ ⎪ ⎪-- ⎪ ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭⎝⎭,其基础解系为(1,1,0,0),(0,0,1,1), 其对应的特征向量为1122,k X k X +其中111122212212,,,X E E X E E k k =+=+不全为零。
当122λλ==时,则123411000110001111011110x x x x ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪= ⎪ ⎪ ⎪- ⎪⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎭,其基础解系为(0,0,1,1)-, 其对应的特征向量为33k X ,其中321223,0X E E k =-+≠。
8、已知2[]P t 的线性变换:22()(46)(35)(36)a bt ct a b a b t a a c t σ++=++--+--+,①求σ的特征值与特征向量;②求2[]P t 的一组基,使σ在该基下的矩阵为对角矩阵。
解:①取2[]P t 的一组基21,,t t ,则222460()(1,,)(1,,)350361a a a bt ct t t b t t b c c σσ⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎪++==-- ⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪⎪--⎝⎭⎝⎭⎝⎭, 所以σ关于基21,,t t 矩阵为460350361A ⎛⎫⎪=-- ⎪ ⎪--⎝⎭。
则2460()||350(1)(2)361A f I A λλλλλλλ--=-=+=-+-, 所以A 的特征根为1231,2λλλ===-。
当121λλ==时,则123360036003600x x x --⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪ ⎪= ⎪⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭,其基础解系为()(2,1,0),0,0,1-; 当32λ=-时,则123660033003630x x x --⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪ ⎪= ⎪⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎭,其基础解系为()1,1,1-, 所以,σ的特征值为1和-2,当121λλ==时,σ的特征向量为1122()()k f t k f t +,其中212()2,()f t t f t t =-+=,12,k k 不全为零。