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习题一1.判断下列集合对指定的运算是否构成R 上的线性空间 （1）11{()|0}nij n n iii V A a a⨯====∑，对矩阵加法和数乘运算；（2）2{|,}n n T V A A R A A ⨯=∈=-，对矩阵加法和数乘运算；（3）33V R =；对3R 中向量加法和如下定义的数乘向量：3,,0R k R k αα∀∈∈=； （4）4{()|()0}V f x f x =≥，通常的函数加法与数乘运算。
解： （1）、（2）为R 上线性空间（3）不是，由线性空间定义，对0α∀≠有1α=α，而题（3）中10α= （4）不是，若k<0，则()0kf x ≤，数乘不满足封闭性。
2.求线性空间{|}n nT V A R A A ⨯=∈=的维数和一组基。
解：一组基10001010101010000000100..................0010010⎧⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎬⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎩⎪⎪⎪⎪⎭dim W =n (n +1)/23.如果U 1和U 2都是线性空间V 的子空间，若dim U 1=dim U 2，而且12U U ⊆，证明：U 1=U 2。
证明：因为dim U 1=dim U 2，故设{}12,,,r ααα为空间U 1的一组基，{}12,,,r βββ为空间U 2的一组基2U γ∀∈，有()12r X γγβββ=而()()1212r r C αααβββ=，C 为过渡矩阵，且可逆于是()()()11212121r r r X C X Y U γγγγβββαααααα-===∈由此，得 21U U ⊆又由题设12U U ⊆，证得U 1=U 2。
习题一1.判断下列集合对指定的运算是否构成R 上的线性空间 （1）11{()|0}nij n n iii V A a a⨯====∑，对矩阵加法和数乘运算；（2）2{|,}n n T V A A R A A ⨯=∈=-，对矩阵加法和数乘运算；（3）33V R =；对3R 中向量加法和如下定义的数乘向量：3,,0R k R k αα∀∈∈=； （4）4{()|()0}V f x f x =≥，通常的函数加法与数乘运算。
解： （1）、（2）为R 上线性空间（3）不是，由线性空间定义，对0α∀≠有1α=α，而题（3）中10α= （4）不是，若k<0，则()0kf x ≤，数乘不满足封闭性。
2.求线性空间{|}n nT V A R A A ⨯=∈=的维数和一组基。
解：一组基10001010101010000000100..................0010010⎧⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎬⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎩⎪⎪⎪⎪⎭dim W =n (n +1)/23.如果U 1和U 2都是线性空间V 的子空间，若dim U 1=dim U 2，而且12U U ⊆，证明：U 1=U 2。
证明：因为dim U 1=dim U 2，故设{}12,,,r ααα为空间U 1的一组基，{}12,,,r βββ为空间U 2的一组基2U γ∀∈，有()12r X γγβββ=而()()1212r r C αααβββ=，C 为过渡矩阵，且可逆于是()()()11212121r r r X C X Y U γγγγβββαααααα-===∈由此，得21U U ⊆又由题设12U U ⊆，证得U 1=U 2。
习题一1.判断下列集合对指定的运算是否构成R 上的线性空间 （1）11{()|0}nij n n iii V A a a⨯====∑，对矩阵加法和数乘运算；（2）2{|,}n n T V A A R A A ⨯=∈=-，对矩阵加法和数乘运算；（3）33V R =；对3R 中向量加法和如下定义的数乘向量：3,,0R k R k αα∀∈∈=； （4）4{()|()0}V f x f x =≥，通常的函数加法与数乘运算。
解： （1）、（2）为R 上线性空间（3）不是，由线性空间定义，对0α∀≠有1α=α，而题（3）中10α= （4）不是，若k<0，则()0kf x ≤，数乘不满足封闭性。
2.求线性空间{|}n nT V A R A A ⨯=∈=的维数和一组基。
解：一组基10001010101010000000100..................0010010⎧⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎬⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎩L L L ⎪⎪⎪⎪⎭dim W =n (n +1)/23.如果U 1和U 2都是线性空间V 的子空间，若dim U 1=dim U 2，而且12U U ⊆，证明：U 1=U 2。
证明：因为dim U 1=dim U 2，故设{}12,,,r αααL 为空间U 1的一组基，{}12,,,r βββL 为空间U 2的一组基2U γ∀∈，有()12r X γγβββ=L L而()()1212r r C αααβββ=L L ，C 为过渡矩阵，且可逆 于是()()()11212121r r r X C X Y U γγγγβββαααααα-===∈L L L L L L由此，得 21U U ⊆又由题设12U U ⊆，证得U 1=U 2。
习 题 11．验证以下集合对于所指的运算是否构成实数域R 上的线性空间：（1）实数域R 上的全体n 阶对称（反对称）矩阵，对矩阵的加法和数量乘法；实数域R 上的全体n 阶矩阵，对矩阵的加法和数量乘法构成R 上的线性空间n n R ⨯，记},|{A A R A A V T n n =∈=⨯；},|{A A R A A W T n n -=∈=⨯因为，对任意的V B A ∈,，B B A A T T ==,，则B A B A T +=+)(，即V B A ∈+，所以V 对加法运算封闭；对任意的V A ∈，R k ∈，A A T =，则kA kA T =)(，即V kA ∈，所以V 对数乘运算封闭；所以，V 是n n R ⨯的一个线性子空间，故V 构成实数域R 上的一个线性空间。
同理可证，W 也是一个线性空间。
（2）平面上不平行于某一向量的全体向量所组成的集合，对向量的加法和数量乘法； 设2R ∈α，0≠α，记},|{2α不平行于x R x x V ∈=，任取V x ∈0，则V x ∈+0α，V x ∈-0α，但V x x ∉=-++ααα2)()(00，所以，V 对加法运算不封闭，故V 不构成实数域R 上的线性空间。
（3）实数域R 上次数等于n 的多项式全体，对多项式的加法和数量乘法；记][x R n 表示实数域R 上次数不超过n 的多项式全体，则次数等于n 的多项式全体可表示为：][][1x R x R V n n --=，任取V x f ∈)(，均有V x f ∉=⋅0)(0，所以，V 对数乘运算不封闭，故V 不构成实数域R 上的线性空间。
（4）全体实数对},|),{(R b a b a ∈，对于如下定义的加法⊕和数量乘法 ：),(),(),(2121212211a a b b a a b a b a +++=⊕，)2)1(,(),(211111a k k kb ka b a k -+= ； 因为该加法⊕和数量乘法 运算满足线性运算的全部性质： i ）),(),(),(),(),(11222121212211b a b a a a b b a a b a b a ⊕=+++=⊕； ii ）),(),(),()),(),((33212121332211b a a a b b a a b a b a b a ⊕+++=⊕⊕ ))(,(32132121321a a a b a a b b a a a +++++++= ),(323121321321a a a a a a b b b a a a +++++++=)),(),((),(332211b a b a b a ⊕⊕=； iii ）),()0,0(),(1111b a b a =⊕；iv ）)0,0(),(),(211111=+--⊕a b a b a ；v ）),()2)11(11,1(),(111211111b a a b a b a =-+= ； vi ）))(2)1(2)1(,()2)1(,()),((212111211111la k k a l l k klb kla a l l lb la k b a l k -+-+=-+= ),()()2)1(,(112111b a kl a kl kl klb kla =-+=； vii ）)2)1(,()2)1(,()),(()),((211121111111a l l lb la a k k kb ka b a l b a k -+⊕-+=⊕ )2)1(2)1(,(2121121111k l a a l l lb a k k kb la ka +-++-++= ),()()2)1))((()(,)((112111b a l k a l k l k b l k a l k +=-+++++=； viii ）),()),(),((2121212211a a b b a a k b a b a k +++=⊕))(2)1()(),((221212121a a k k a a b b k a a k +-++++= )2)1(2)1(,(22212122121a k k a k k a a k kb kb ka ka -+-++++= )2)1(,()2)1(,(22222111a k k kb ka a k k kb ka -+⊕-+= )),(()),((2211b a k b a k ⊕=。
（2）由得
所以
，求 e ， e ，sinA。
解：由的特征值
由此得
对，对 f ，
对 f ，
2cos
已知 A2=A，求 sinA。
解：设为 A 的特征值，为特征向量由得
因 A2=A，故有于是为矩阵 A 的化零多项式（最小多项式），且为一次银子乘积，所以 A 可对角化即有
这里
10.求解微分方程组
解：
习题五
设，求解：
取矩阵 A 的第1、3 列构成列满秩矩阵 B，取矩阵 F 第 1、2 行构成行满秩矩阵
证明非齐次线性方程组有解的充分必要条件是。
证明：必要性设有解，由得，，即有
充分性设，则有，令 x，于是，故方程组
有解
设，且 A 的 n 个列是标准正交的，证明。
证明：因为矩阵 A 的 n 个列向量是标准正交的，则矩阵 A 为列满秩的矩阵，且有于是是幂等且为 Hermite 矩阵，证明。
证明：因为，且，矩阵 A 是正规阵，可酉相似对角阵，即于是，U 为酉矩阵，并设
求线性方程组的最佳的最小二乘解。
解：
最佳最小二乘解为。
矩阵考试题及答案详解一、单项选择题（每题2分，共10分）1. 矩阵的行列式为零，意味着什么？A. 矩阵是奇异的B. 矩阵是偶数阶的C. 矩阵是对称的D. 矩阵是单位矩阵答案：A2. 矩阵A和矩阵B可以相乘的条件是？A. A的列数等于B的行数B. A的行数等于B的列数C. A和B的行数相同D. A和B的列数相同答案：A3. 矩阵的转置操作会改变矩阵的什么？A. 行列数B. 元素位置C. 行列式值D. 秩答案：B4. 矩阵的逆矩阵存在的条件是？A. 矩阵是方阵B. 矩阵是满秩的C. 矩阵的行列式非零D. 所有以上条件答案：D5. 矩阵的秩是指？A. 矩阵中非零行的最大数量B. 矩阵中非零列的最大数量C. 矩阵中最大线性无关行或列的数量D. 矩阵的行数和列数之和答案：C二、填空题（每题3分，共15分）1. 如果矩阵A的行列式为1，则称矩阵A为________矩阵。
答案：单位2. 矩阵的________是指矩阵中任意两行（或两列）的元素对应相乘后求和的结果。
答案：元素3. 矩阵的________是指矩阵中所有元素的平方和的平方根。
答案：范数4. 矩阵A和矩阵B相乘得到单位矩阵，称矩阵B为矩阵A的________。
答案：逆矩阵5. 如果矩阵A和矩阵B的秩相等，则称矩阵A和矩阵B是________的。
答案：等价三、解答题（每题10分，共20分）1. 给定矩阵A和矩阵B，求它们的乘积AB，并说明结果矩阵的行列式。
答案：首先计算矩阵A和矩阵B的乘积AB，然后根据行列式的性质，结果矩阵AB的行列式等于矩阵A的行列式乘以矩阵B的行列式。
2. 证明矩阵的秩等于其行秩和列秩。
答案：矩阵的秩是指矩阵中最大线性无关行或列的数量。
由于矩阵的行和列可以相互转换（通过转置操作），因此矩阵的行秩和列秩实际上是相等的，即矩阵的秩等于其行秩和列秩。
四、证明题（每题15分，共30分）1. 证明矩阵的行列式等于其转置矩阵的行列式。
答案：设矩阵A的行列式为det(A)，矩阵A的转置为A^T。
