线性代数{大一第二学期期末考试}

线性代数期末考试题及答案一、选择题1. 下列哪个不是线性代数的基本概念？A. 矩阵B. 向量C. 函数D. 行列式答案：C. 函数2. 矩阵A的转置记作A^T，则（A^T）^T等于A. AB. -AC. A^TD. 2A答案：A. A3. 对于矩阵A和B，满足AB = BA，则称A和B是A. 相似矩阵B. 对角矩阵C. 线性无关D. 对易矩阵答案：D. 对易矩阵4. 行列式的性质中，不能成立的是A. 行列式交换行B. 行列式某一行加上另一行不变C. 行列式等于数乘其中某一行对应的代数余子式的和D. 行列式的某一行的系数乘以另一行不变答案：D. 行列式的某一行的系数乘以另一行不变5. 给定矩阵A = [3, -1; 4, 2]，则A的秩为A. 0B. 1C. 2D. 3答案：C. 2二、填空题1. 给定矩阵A = [2, 1; -3, 5]，则A的行列式为______答案：132. 设矩阵A的逆矩阵为A^-1，若AA^-1 = I，其中I是单位矩阵，则A的逆矩阵为______答案：I3. 若矩阵的秩为r，且矩阵的阶数为n，若r < n，则该矩阵为______矩阵答案：奇异三、简答题1. 解释什么是线性相关性和线性无关性？答案：若存在不全为零的数k1, k2，...，kn，使得方程组中的向量k1v1 + k2v2 + ... + knvn = 0成立，则称向量组{v1, v2, ..., vn}线性相关；若该方程仅在k1 = k2 = ... = kn = 0时成立，则称向量组{v1, v2, ..., vn}线性无关。

2. 如何判断一个矩阵是对称矩阵？答案：若矩阵A的转置等于自身，即A^T = A，则称矩阵A是对称矩阵。

四、计算题1. 给定矩阵A = [1, 2; 3, 4]，求A的逆矩阵。

答案：A的逆矩阵为1/(-2)[4, -2; -3, 1]2. 求向量v = [1, 2, 3]的模长。

大一线性代数期末考试试题一、选择题（每题2分，共10分）1. 向量空间的定义中，下列哪一项不是其公理化系统的一部分？A. 向量加法的封闭性B. 向量的数乘封闭性C. 向量加法的交换律D. 存在非零零向量2. 设A是一个3阶方阵，且满足A^2 - 2A + I = 0，其中I是3阶单位矩阵。

则A^3的值为：A. AB. 2AC. 3AD. 03. 在线性代数中，下列哪个矩阵是不可逆的？A. 单位矩阵B. 对角矩阵C. 行最简矩阵D. 行阶梯矩阵4. 特征值和特征向量的定义中，下列说法正确的是：A. 特征向量可以是零向量B. 每个特征值都有对应的特征向量C. 一个矩阵的特征值是唯一的D. 一个矩阵可能没有特征值5. 设T是一个线性变换，且T保持向量加法和数乘，那么T是一个：A. 线性变换B. 非线性变换C. 仿射变换D. 恒等变换二、填空题（每题2分，共10分）6. 若向量v = (1, 2, 3)，向量w = (x, y, z)，且v与w垂直，则x + y + z = _______。

7. 设矩阵A = (\*, \*, \*; \*, \*, \*; \*, \*, \*)，若A的行列式为0，则称A为奇异矩阵，否则称为非奇异矩阵。

对于3阶方阵，其行列式计算公式为：det(A) = \*\*\* - \*\*\* + \*\*\* - \*\*\*+ \*\*\*。

8. 在求解线性方程组时，若系数矩阵的秩小于增广矩阵的秩，则该方程组是_______的。

9. 设P是n阶置换矩阵，那么P的行（或列）向量中，有_______个1，n-_______个0。

10. 对于一个n维向量空间，其基可以通过_______个线性无关的向量来构造。

三、简答题（每题10分，共30分）11. 请简述线性相关与线性无关的定义，并给出一个例子说明两者的区别。

12. 给出一个具体的3维向量空间，并说明其基和维数。

13. 解释何为矩阵的秩，并举例说明如何计算一个矩阵的秩。

中国海洋大学全日制本科课程期末考试试卷2019年春季学期 考试科目： 线性代数 学院： 数学科学学院 ___ 试卷类型： A 卷 命题人: 线性代数课题组 审核人：________ _考试说明：本课程为闭卷考试，共___页，除考场规定的必需用品外还可携带的文具有______________。

一、填空题(共 6 题，每题 3 分，共 18分)1. 计算00000000=a b abc d cd.2. 设()ij a A =是三阶可逆矩阵，A 为其行列式，ij A 为元素ij a 的代数余子式，且满足 )3,2,1,(0==+j i a A ij ij ，则A = ．3. 设α为31⨯矩阵，若111111111Tαα-⎛⎫ ⎪=-- ⎪ ⎪-⎝⎭，则T αα= .4. 若线性方程组121232343414x x a x x a x x a x x a +=-⎧⎪+=⎪⎨+=-⎪⎪+=⎩ 有解，则常数1234,,,a a a a 应满足条件 。

5. 设二次型222123123122313(,,)444,f x x x x x x x x x x x x =+++++ 则二次型123(,,)f x x x 的规范型为6. 设3阶矩阵A 的特征值为2,2,1-，2B A A I =-+, 其中I 为3阶单位阵，则行列式B = .二、选择题(共 8 题，每题 3分，共 24 分)1. 向量组 m ααα,,,21 线性无关的充要条件是（ ） (A)m ααα,,,21 均不为零向量(B)m ααα,,,21 中任意两个向量的分量不成比例(C) m ααα,,,21 中任意向量不能由其余1-m 向量线性表示 (D) m ααα,,,21 有一部分向量线性无关.2. 设),,,(4321αααα=A 是4阶方阵，若T)0,1,0,1(是齐次线性方程组0=Ax 的一个基础解系，则0=*x A 的基础解系可为（ ）(A)21,αα (B)31,αα (C)321,,ααα (D)432,,ααα3. 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 ）010100101⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭. （B ）010101001⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭.（C ）010100011⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭. （D ）011100001⎛⎫ ⎪⎪ ⎪⎝⎭.4. 设A 为n m ⨯矩阵，则线性方程组为b Ax =有解的充分条件是（ ） (A) A 的秩小于A 的行数 (B) A 是列满秩的(C) A 是行满秩的 (D) A 的秩小于A 的列数5. 设21,λλ是方阵A 的两个不同的特征值，ηξ,是A 的分别属于21,λλ的特征向量，则（ ）（A ）对任意0,021≠≠k k ，ηξ21k k +都是A 的特征向量（B ）存在常数0,021≠≠k k ，使得ηξ21k k +是A 的特征向量（C ）当0,021≠≠k k 时，ηξ21k k +不可能是A 的特征向量（D ）存在唯一的一组常数0,021≠≠k k ，使得ηξ21k k +是A 的特征向量6. 设二次型123(,,)f x x x 在正交变换x Py = 下的标准型为2221232y y y +-，其中123(,,),P e e e = 若132(,,),Q e e e =-则123(,,)f x x x 在正交变换x Qy = 下的标准型 为(A) 2221232y y y -+ (B) 2221232y y y +- (C) 2221232y y y -- (D) 2221232y y y ++下列两题为多选题7. 线性方程组AX b = 的系数矩阵是45⨯ 矩阵，且A 的行向量组线性无关，则下列正确的是( )(A) 齐次线性方程组0TA X = 只有零解； (B) 齐次线性方程组0T A AX = 必有非零解； (C) 任意b ，线性方程组AX b = 必有无穷多解； (D) 任意b ，线性方程组AX b = 必有唯一解； (E) 线性方程组AX b =有解，且有无穷多解.8. 设A 和B 是可逆矩阵，且A 与 B 相似，则下列正确的是（ ）(A) T A 与 T B 相似 (B) 1A - 与 1B -相似 (C) 2A 与 2B 相似 (D) T A A + 与 T B B +相似 (E) 1A A -+ 与 1B B -+相似三、计算题(共 4题，共 24 分)1.(6分) 设1||1 n a D a⋅=⋅⋅, 其中对角线上元素都是a , 未写出的元素都是0; 计算nD2.(4分) 设方阵A 满足220A A I --=, 证明2A I +可逆, 并求1(2)A I -+ .3.(6分)求向量组,)7,1,1,4(,)7,3,1,2(,)0,1,0,1(321TT T -=-==αααT T )1,3,1,4(,)3,0,1,3(54-==αα的秩及其一个极大线性无关组，并用它们表示其余向量。

一、填空题(共 6 题，每题 3 分，共 18 分)1.设 3 阶方阵 A 的行列式 |A |= 12, A ∗是 A 的伴随矩阵,则 |4AA ∗|=2.已知 A =PΛQ ，其中 P =(2312),Λ=(100−1),Q =(2−3−12),QP =I( I 是2阶单位矩阵)，则 A 8= 3.设矩阵 A =(1a aa1a aa1)，且 r (A )=2，则 a = 4. 设 η1,η2,η3 为4元非齐次线性方程组 Ax =b 的三个解向量，系数矩阵 A 的秩为 3，η1+η2=(3,4,5,6)T , η3=(1,2,3,4)T ，则该方程组的一般解为 5.若 3 阶方阵 A 与 B 相似，I 为 3 阶单位矩阵，A 的特征值为 12,1 3,1 4，则行列式 |B −1−I |=6. 已知 A =(20131a 405) 可对角化,则 a = .二、选择题(共 6 题，每题 3 分，共 18 分)1.已知 A,B 均为 n 阶可逆方阵，k 为常数，则下列命题不正确的是( ). A. |A +B |=|A |+|B | B. (A +B)T =A T +B T C. (AB)−1=B −1A −1 D. |kAB |=k n |A ||B |2.设 A 是 3×4 矩阵，B 是 4×3 矩阵，则下列结论正确的是( ). A. ABx =0必有非零解 B. ABx =0只有零解 C. BAx =0必有非零解 D. BAx =0只有零解3.设 A ,B 均为 3 阶可逆方阵,若交换 A 的第一行与第三行得方阵 B , 则下列叙述正确的是( ).中国海洋大学《线性代数》2019-2020学年第二学期期末试卷A卷A.交换A −1的第一行与第三行得 B −1B.交换A −1的第一列与第三列得 B −1C.交换A −1的第一行与第三行得−B −1D.交换A −1的第一列与第三列得−B −1 4.设 A =(111111111),B =(40000000),则 A 与 B ( ). A.合同且相似 B.合同但是不相似 C.不合同但相似 D.不合同不相似5.已知向量组α1,α2,α3是线性无关的, 则下列向量组中相关的是( ). A. α1+α2,α2+α3,α3+α1 B. α1−α2,α2−α3,α3+α1 C. α1,α1+α2,α1+α2+α3 D. α1−α2,α2−α3,α1−α36.设二次型 f (x 1,x 2,x 3)在正交变换 x =Py 下的标准型为 2y 12+y 22−y 32，其中 P =(α1,α2,α3)，若 Q =(α1,−α3,α2)，则 f (x 1,x 2,x 3)在 x =Qy 下的标准型为( ).A. 2y 12−y 22+y 32B. 2y 12+y 22−y 32C. 2y 12−y 22−y 32D. 2y 12+y 22+y 32三、计算题(共 4 题，共 28 分) 1.(6分) 计算 n +1阶行列式的值：|−a 1a 10⋯000−a 2a 2⋯00⋮⋮⋮ ⋮⋮000⋯−a n a n 111⋯11| 2.(8分)设向量组 α1=(−1,1,2,4)T ，α2=(−1,−1,1,5)T ，α3=(0,2,1,−1)T ， α4=(−2,4,5,7)T ，α5=(1,1,−1,−5)T ，求此向量组的秩和一个极大线性无关组，并将其余向量用其极大线性无关组线性表示.3.(8分)设矩阵 A=(112011−1−10)，矩阵 X 满足 A∗X=A−1+2X，其中 A∗是 A 的伴随矩阵，求矩阵 X.4.(6分)已知 R2的两组基α1=(1,−1)T，α2=(1,0)T； β1=(1,2)T，β2=(3,5)T.(1)求从基 α1,α2到基 β1,β2的过渡矩阵 A；(2)已知 γ 在基 α1,α2下的坐标为 (1,−1)T，求 γ 在基 β1,β2下的坐标.四、证明题(共 1 题， 8 分)设 α1,α2,⋯,αp是齐次线性方程组 Ax=0 的一个基础解系，向量 β 满足 Aβ≠0，证明：向量组 β,β+α1,β+α2,⋯,β+αp线性无关.五、解方程组（共1题，14分）讨论 a 取何值时，线性方程组 {x1+x2+ax3=1 x1+ax2+x3=1ax1+x2+x3=−2无解、有无穷多解、有唯一解, 并且在有无穷多解时求出方程组的一般解.六、二次型（共1题，14分）设二次型 f(x1,x2,x3)=5x12+5x22+cx32+2x1x2+4x1x3−4x2x3，已知它对应矩阵的所有特征值之和为 12，(1)求 c 的值；(2)正交变换法将此二次型化为标准型，并写出相应的正交矩阵Q；(3)写出它的规范型；(4)分析此二次型是否是正定二次型.一、填空题(共 6 题，每题 3 分，共 18 分)1.设 3 阶方阵 A 的行列式 |A |= 12, A ∗是 A 的伴随矩阵,则 |4AA ∗|=解：AA ∗=|A |I ，则 |4AA ∗|=|4|A |I |=|2I |=23=8；2.已知 A =PΛQ ，其中 P =(2312),Λ=(100−1),Q =(2−3−12),QP =I( I 是2阶单位矩阵)，则 A 8= 解：A 8=AA ⋯A ⏟ 8个=(PΛQ)(PΛQ)⋯(PΛQ)(PΛQ)⏟8个=P Λ(QP)Λ(Q ⋯P)Λ(QP)Λ⏟ Q 8个Λ，已知 QP =I=PΛ8Q =(2312)(1800(−1)8)(2−3−12) =(2312)(2−3−12)=(1001)=I .3.设矩阵 A =(1a aa1a aa1)，且 r (A )=2，则 a = 解：r (A )=2⟹{a ≠0且 a ≠1|A |=|1a a a 1a a a 1|=0⟹a =− 12.4. 设 η1,η2,η3 为4元非齐次线性方程组 Ax =b 的三个解向量，系数矩阵 A 的秩为 3，η1+η2=(3,4,5,6)T , η3=(1,2,3,4)T ，则该方程组的一般解为 解： r (A )=3⟹Ax =0 的基础解系含有 4−r (A )=1 个向量. Ax =b 的一般解 x =x 0+kξ：① x 0 可取 η3=(1,2,3,4)T ；②取 ξ=(η1−η3)+(η2−η3)=η1+η2−2η3=(1,0,−1,−2)T ； 于是，Ax =b 的一般解 x =(1,2,3,4)T +k(1,0,−1,−2)T .答案5.若 3 阶方阵 A 与 B 相似，I 为 3 阶单位矩阵，A 的特征值为 1 2,1 3,1 4，则行列式 |B −1−I |=解：A ~ B ⟹B 的特征值也为 1 2, 1 3, 14 ⟹B −1 的特征值为 2,3,4；B −1−I 的特征值为2−1，3−1，4−1，即1，2，3； 则 |B −1−I |=1∙2∙3=6. 6. 已知 A =(20131a 405) 可对角化,则 a = . 解：矩阵 A 的特征多项式 |λI −A |=|λ−20−1−3λ−1−a −40λ−5|=(λ−1)2(λ−6),则 A 的特征值为 λ1=λ2=1, λ3=6；A 可对角化，则对特征值 λ1=λ2=1，齐次线性方程组 (I −A)x =0 的 基础解系包含的向量个数为 2=3−r (I −A )⟹r (I −A )=1； 特征矩阵 (I −A )=(−10−1−30−a −40−4)，则方法1：特征矩阵(I −A )初等行变换⇒ (101003−a 000)从而 3−a =0⟹a =3； 方法2：(I −A ) 的任一2阶子式为 0⟹|−1−1−3−a|=0⟹a =3. 二、选择题(共 6 题，每题 3 分，共 18 分)1.已知 A,B 均为 n 阶可逆方阵，k 为常数，则下列命题不正确的是( A ). A. |A +B |=|A |+|B | B. (A +B)T =A T +B T C. (AB)−1=B −1A −1 D. |kAB |=k n |A ||B |2.设 A 是 3×4 矩阵，B 是 4×3 矩阵，则下列结论正确的是( C ). A. ABx =0必有非零解 B. ABx =0只有零解 C. BAx =0必有非零解 D. BAx =0只有零解解：AB 是 3×3 矩阵，BA 是 4×4 矩阵，r (BA )≤r (A )≤3<4，则 BAx =0 必有非零解.3.设 A ,B 均为 3 阶可逆方阵,若交换 A 的第一行与第三行得方阵 B , 则下列叙述正确的是( B ).A.交换A −1的第一行与第三行得 B −1B.交换A −1的第一列与第三列得 B −1C.交换A −1的第一行与第三行得−B −1D.交换A −1的第一列与第三列得−B −1 解：A r 1↔r 2⇒ B ，则 B =E 13A ，于是 B −1=(E 13A)−1=A −1E 13−1=A −1E 13. 4.设 A =(111111111),B =(40000000),则 A 与 B ( B ). A.合同且相似 B.合同但是不相似 C.不合同但相似 D.不合同不相似解：{A 是3阶实对称矩阵 r (A )=1⟹|A |=0⟹0是 A 的2重特征值，即 λ1=λ2=0；A 的各行元素之和是3，则 3是 A 的特征值，即 λ3=3； 则 A 与B 有相同的正惯性指数1，相同的负惯性指数0； 则 A 与 B 合同，但是不相似，因为相似矩阵的特征值相同. 5.已知向量组α1,α2,α3是线性无关的, 则下列向量组中相关的是( D ). A. α1+α2,α2+α3,α3+α1 B. α1−α2,α2−α3,α3+α1 C. α1,α1+α2,α1+α2+α3 D. α1−α2,α2−α3,α1−α3解：(α1−α2)+(α2−α3)−(α1−α3)=0.6.设二次型 f (x 1,x 2,x 3)在正交变换 x =Py 下的标准型为 2y 12+y 22−y 32，其中 P =(α1,α2,α3)，若 Q =(α1,−α3,α2)，则 f (x 1,x 2,x 3)在 x =Qy 下的标准型为( A ).A. 2y 12−y 22+y 32B. 2y 12+y 22−y 32C. 2y 12−y 22−y 32D. 2y 12+y 22+y 32解：P T AP =P −1AP =(21−1)，P =(α1,α2,α3)则有 {Aα1=2α1 Aα2=1α2 Aα3=−α3⟹A(−α3)=(−1)(−α3)；又 Q =(α1,−α3,α2)，于是 Q T AQ = Q −1AQ =(2−11)，则 f (x 1,x 2,x 3) 在正交变换 x =Qy 下的标准形为 2y 12−y 22+y 32. 三、计算题(共 4 题，共 28 分) 1.(6分) 计算 n +1阶行列式的值：|−a 1a 10⋯000−a 2a 2⋯00⋮⋮⋮ ⋮⋮000⋯−a n a n 111⋯11| 解：|−a 1a 10⋯000−a 2a 2⋯00⋮⋮⋮ ⋮⋮000⋯−a n a n 111⋯11| c 1+c 2+⋯+c n+1|0a 10⋯000−a 2a 2⋯00⋮⋮⋮ ⋮⋮000⋯−a n a n n +111⋯11|=(n +1)∙(−1)n+1+1|a 10⋯00−a 2a 2⋯00⋮⋮ ⋮⋮00⋯−a n a n|=(−1)n (n +1)a 1a 2⋯a n . 2.(8分)设向量组 α1=(−1,1,2,4)T ，α2=(−1,−1,1,5)T ，α3=(0,2,1,−1)T ， α4=(−2,4,5,7)T ，α5=(1,1,−1,−5)T ，求此向量组的秩和一个极大线性无关组，并将其余向量用其极大线性无关组线性表示.解：记矩阵 A =(α1,α2,α3,α4,α5)=(−1−10−211−12412115−145−17−5)r 4−2r 3r 3−2r 2⇒ r 2+r 1(−1−10−210−222203−3−3−303−3−3−3) r 4−r 3 ⇒ r 2+r 3(−1−10−2101−1−1−103−3−3−300000)r 3−3r 2 ⇒ r 1+r 2(−10−1−3001−1−1−10000000000)r 1∙(−1)⇒ (101301−1−1−10000000000)，①秩{α1,α2,α3,α4,α5}=2；②α1,α2 是 α1,α2,α3,α4,α5 的一个极大线性无关组； ③对向量 α3,α4,α5，有{α3=α1−α2α4=3α1−α2α5=−α2.3.(8分)设矩阵 A =(112011−1−10)，矩阵 X 满足 A ∗X =A −1+2X ，其中 A ∗是 A 的伴随矩阵，求矩阵 X .解：A ∗X =A −1+2X ⟹(A ∗−2I )X =A −1⟹A (A ∗−2I )X =AA −1=I ⟹(|A |I −2A )X =I ⟹X =(|A |I −2A)−1；又 |A |=2，则 |A |I −2A =(0−2−400−2222)=2(0−1−200−1111)=2B ，这里 B =(0−1−200−1111)；从而 X =(2B)−1= 1 2B −1由 (B,I )=(0−1−200−1111 1000 1 0001) 初等行变换⇒ (1000 10001 1−11−1 200−10)=(I,B −1)，得 B −1=(1−11−1 200−10)； 于是 X = 12(1−11−1 200−10).4.(6分)已知 R 2的两组基α1=(1,−1)T ，α2=(1,0)T ； β1=(1,2)T ，β2=(3,5)T . (1)求从基 α1,α2到基 β1,β2的过渡矩阵 A ；(2)已知 γ 在基 α1,α2下的坐标为 (1,−1)T ，求 γ 在基 β1,β2下的坐标. 解：(1)记矩阵 B 1=(α1,α2)=(1−1 10)，B 2=(β1,β2)=(12 35)，因为 (β1,β2)=(α1,α2)A ，即 B 1A =B 2，解此矩阵方程(B 1,B 2)=(1−1 10 12 35)初等行变换⇒ (10 01 −23 −58)=(I,A)则从基 α1,α2到基 β1, β2的过渡矩阵 A =(−23 −58)(2)两种方法：已知 γ 在基 α1,α2下的坐标为 γB 1=(1,−1)T ， 设 γ 在基 β1,β2下的坐标为 γB 2， 方法1：因为 γ=B 1γB 1=(1−1 10)(1−1)=(0−1)；又有 γ=B 2γB 2，则求解该方程组(B2,γ)=(1235|0−1)初等行变换⇒(11|−31),则 γ 在基 B2下的坐标向量 γB2=(−31)；方法2：因为AγB2=γB1，求解该非齐次线性方程组(A,γB1)=(−23−58|1−1)初等行变换⇒(11|−31)=(I,γB2)则 γ 在基 β1,β2下的坐标为 γB2=(−31).四、证明题(共 1 题， 8 分)设 α1,α2,⋯,αp是齐次线性方程组 Ax=0 的一个基础解系，向量 β 满足 Aβ≠0，证明：向量组 β,β+α1,β+α2,⋯,β+αp线性无关.证：设 kβ+k1( β+α1)+k2(β+α2)+⋯+k p(β+αp)=0，整理得 (k+k1+⋯+k p)β+k1α1+k2α2+⋯+k pαp=0，(*)等式两边左乘矩阵 A 得：(k+k1+⋯+k p)Aβ+k1Aα1+k2Aα2+⋯+k p Aαp=0，已知 Aαi=0，i=1,⋯,p，则有 (k+k1+⋯+k p)Aβ=0，而 Aβ≠0，所以有 k+k1+⋯+k p=0，则(*)式变为 k1α1+k2α2+⋯+k pαp=0，因为 α1,α2,⋯,αp是基础解系，则 α1,α2,⋯,αp线性无关，于是 k1=k2=⋯=k p=0，从而 k=0；即 β,β+α1,β+α2,⋯,β+αp线性无关.五、解方程组（共1题，14分）讨论 a 取何值时，线性方程组 {x1+x2+ax3=1 x1+ax2+x3=1ax1+x2+x3=−2无解、有无穷多解、有唯一解, 并且在有无穷多解时求出方程组的一般解.解：系数矩阵 A =(11a 1a 1a 11)，b =(11−2)；又 |A |=|11a1a 1a 11|=−(a −1)2(a +2)(1)当 |A |≠0，即当 a ≠1 且 a ≠−2 时，方程组有唯一解；(2)当 a =1 时，增广矩阵(A,b )=(111111111|11−2)初等行变换⇒ (111000000|10−3)方程组出现矛盾方程，则原方程组无解；(3)当 a =−2 时，增广矩阵(A,b )=(11−21−21−211|11−2)初等行变换⇒ (10−101−1000|100)=(U,d)取 x 3 为自由未知量，①令 x 3=0，代入 Ux =d ，得原方程组的一个特解 x 0=(1,0,0)T ； ②令 x 3=1，代入 Ux =0，得 Ax =0 的一个基础解系 ξ=(1,1,1)T ；则原方程组的通解为 x =x 0+kξ=(100)+k (111)，k 任意；综上，{当 a ≠1 且 a ≠−2 时，方程组有唯一解；当 a =1 时，方程组无解；当 a =−2 时，方程组有无穷多解.六、二次型（共1题，14分）设二次型 f (x 1,x 2,x 3)=5x 12+5x 22+cx 32+2x 1x 2+4x 1x 3−4x 2x 3，已知它对应矩阵的所有特征值之和为 12，(1)求 c 的值；(2)正交变换法将此二次型化为标准型，并写出相应的正交矩阵Q ；(3)写出它的规范型；(4)分析此二次型是否是正定二次型.解：二次型对应的矩阵为 A =(51215−22−2c)， (1)A 的所有特征值之和为 12，即 5+5+c =12，得 c =2；从而 A =(51215−22−22).(2)A 的特征多项式 |λI −A |=|λ−5−1−2−1λ−52−22λ−2|=λ(λ−6)2，则 A 的特征值为 λ1=λ2=6，λ3=0；①对于 λ1=λ2=6，由(λ1I −A)x =0，即 (1−1−2−112−224)(x 1x 2x 3)=0，得基础解系 {ξ1=(1,1,0)Tξ2=(2,0,1)T ， 1)正交化：取 β1=ξ1=(1,1,0)T ，令 β2=ξ2−(ξ2,β1)(β1,β1)β1=(1,−1,1)T ， 2)单位化：令 η1=1‖β1‖β1=(1√2,1√2,0)T ； η2=1‖β2‖β2=(1√3,−1√31√3)T； ②对于特征值 λ3=0，由(λ3I −A)x =0⟺Ax =0，即 (51215−22−22)(x 1x 2x 3)=0，得基础解系为 ξ3=(−1,1,2)T ，单位化得：η3=1‖ξ3‖ξ3=(−1√6,1√6,2√6)T；③记矩阵 Q=(η1,η2,η3)=(√2√3√6√2√3√6√3√6)，则 Q 为正交阵，且使得 Q T AQ=Q−1AQ=Λ=(66)④令 x=(x1,x2,x3)T，y=(y1,y2,y3)T，做正交变换 x=Qy，原二次型就化成标准形 x T Ax=y T(Q T AQ)y=6y12+6y22.(3)二次型的正惯性指数为2，负惯性指数为0；则二次型的规范形为：z12+z22.(4)二次型 f(x1,x2,x3)的正惯性指数为2，不是正定二次型.。

大学线代期末试题及答案一、选择题（每题5分，共20分）1. 设A为3阶方阵，且|A|=2，则|2A|等于多少？A. 4B. 8C. 16D. 32答案：B2. 若矩阵A可逆，则下列说法正确的是：A. A的行列式为0B. A的行列式不为0C. A的逆矩阵不存在D. A的逆矩阵是唯一的答案：B3. 向量组α1, α2, α3线性无关，则下列说法正确的是：A. 这三个向量可以构成一个平面B. 这三个向量可以构成一个空间C. 这三个向量可以构成一个直线D. 这三个向量可以构成一个点答案：B4. 设A是n阶方阵，如果A的特征值为λ，则下列说法正确的是：A. λ是A的最小特征值B. λ是A的最大特征值C. λ是A的特征值D. λ不是A的特征值答案：C二、填空题（每题5分，共20分）1. 若矩阵A的秩为2，则矩阵A的行列式|A|等于______。

答案：02. 设向量组α1, α2, α3线性相关，则至少存在不全为零的实数k1, k2, k3使得k1α1 + k2α2 + k3α3 = ______。

答案：03. 若A是3阶方阵，且A的迹等于6，则A的特征值之和等于______。

答案：64. 设向量空间V中有两个子空间U和W，若U与W的交集只包含零向量，则称U和W为______。

答案：互补子空间三、解答题（每题15分，共40分）1. 已知矩阵A=\[\begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{pmatrix}\]，求A的逆矩阵。

答案：首先计算A的行列式，|A| = 1*4 - 2*3 = -2。

然后计算A的伴随矩阵，即\[\begin{pmatrix} 4 & -2 \\ -3 & 1\end{pmatrix}\]。

最后，A的逆矩阵为\[\begin{pmatrix} 4 & -2 \\ -3 & 1 \end{pmatrix}\] / (-2) = \[\begin{pmatrix} -2 & 1 \\1.5 & -0.5 \end{pmatrix}\]。

__ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _⋯⋯⋯⋯⋯⋯诚信应考 , 考试作弊将带来严重后果！⋯线性代数期末考试试卷及答案⋯⋯⋯号⋯注意事： 1.考前将密封内填写清楚；位⋯ 2.所有答案直接答在卷上( 或答上 ) ；座⋯3．考形式：开（）卷；⋯4.本卷共五大，分100 分，考 120分。

题号一二三四五总分⋯⋯得分⋯评卷人⋯⋯⋯⋯一、（每小 2 分，共 40 分）。

⋯业⋯专⋯1．矩A为2 2矩阵, B为23矩阵 ,C为32矩阵，下列矩运算无意的是⋯⋯【】⋯⋯)⋯封A B.ABCC. BCAD.CAB⋯. BAC2答⋯＋ E =0 ，其中 E是 n 位矩，必有【】2. n 方 A 足 A院不⋯A.矩 A 不是矩B. A=-EC. A=ED. det(A)=1⋯学内⋯⋯封⋯3. A n 方，且行列式det(A)= 1 ,det(-2A)=【】密⋯(⋯A. －2－2 n－2n⋯ B. C. D. 1⋯⋯4. A 3 方，且行列式det(A)=0，在 A的行向量中【】⋯⋯ A. 必存在一个行向量零向量⋯⋯ B. 必存在两个行向量，其分量成比例⋯C. 存在一个行向量，它是其它两个行向量的性合号⋯密D. 任意一个行向量都是其它两个行向量的性合学⋯⋯5．向量a1, a2,a3性无关，下列向量中性无关的是【】⋯⋯A．a1a2 , a2a3 , a3a1 B.a1, a2 ,2a13a2⋯C. a2,2a3,2a2a3a1－ a3, a2 , a1⋯ D.⋯⋯名⋯6. 向量 (I):a1 ,, a m (m3)性无关的充分必要条件是【】姓⋯⋯⋯⋯⋯⋯A.(I)中任意一个向量都不能由其余m-1 个向量线性表出B.(I)中存在一个向量, 它不能由其余m-1 个向量线性表出C.(I)中任意两个向量线性无关D. 存在不全为零的常数k1,, k m ,使 k1 a1k m a m 07．设a为m n矩阵，则n元齐次线性方程组Ax 0存在非零解的充分必要条件是【】A．A的行向量组线性相关B. A 的列向量组线性相关C. A的行向量组线性无关D. A 的列向量组线性无关a1 x1a2 x2a3 x30 8. 设a i、b i均为非零常数（i =1， 2， 3），且齐次线性方程组b2 x2b3 x30b1 x1的基础解系含 2 个解向量，则必有【】a1a20 B.a1a20a1a2a3 D.a1 a3A.b3b1b2C.b2b3b1 b2b2b19. 方程组2 x1x2x31有解的充分必要的条件是【】x12x2x313 x13x22x3a1A. a=-3B. a=-2C. a=3D. a=110.设η1，η2，η3 是齐次线性方程组Ax = 0的一个基础解系，则下列向量组中也为该方程组的一个基础解系的是【】A. 可由η1，η2，η3线性表示的向量组B.与η 1，η2，η3 等秩的向量组C. η1－η2，η2－η3，η3－η1D.η1，η1-η3，η1-η2-η311.已知非齐次线性方程组的系数行列式为0，则【】A.方程组有无穷多解B.方程组可能无解，也可能有无穷多解C.方程组有唯一解或无穷多解D.方程组无解12.n阶方阵 A 相似于对角矩阵的充分必要条件是 A 有n 个【】A. 互不相同的特征值B.互不相同的特征向量C. 线性无关的特征向量D.两两正交的特征向量13. 下列子集能作成向量空间n的子空间的是【】RA. {( a1, a2,, a n ) | a1a20}B.12n n i,) |a0}{( a ,a, aC. {( a1, a2,, a n ) | a i z, i 1,2,,n}D.i n1{( a1 ,a2 ,, a n ) |a i1}i 114. 若 2 阶方阵 A 相似于矩阵 B12 ,E 为 2 阶单位矩阵 , 则方阵 E – A 必相似于矩阵- 3【 】1 0 -10 0 - 1A.4B. - 4C.4D.11 - 2- 2 - 41 015. 若矩阵 A02a 正定 , 则实数 a 的取值范围是 【】0 a8A ． a < 8B. a ＞ 4C ． a ＜ -4D． -4 ＜ a ＜ 4二、填空题 （每小题 2 分，共 20 分）。

大一线性代数期末考试试题大一线性代数期末考试试题线性代数作为大一学生的一门重要课程，对于培养学生的数学思维能力和解决实际问题的能力具有重要意义。

而期末考试则是对学生所学知识的一次全面检验。

下面我们就来看一下大一线性代数期末考试试题。

第一题：矩阵的运算已知矩阵A=（1 2 3，4 5 6，7 8 9），求矩阵A的转置矩阵、逆矩阵和行列式的值。

解析：首先，矩阵A的转置矩阵可以通过将矩阵A的行变为列得到，即A^T=（1 4 7，2 5 8，3 6 9）。

其次，逆矩阵的计算可以通过求解方程AX=I，其中I为单位矩阵。

假设矩阵A的逆矩阵为B，那么AB=BA=I。

通过高斯-约当消元法可以求解出逆矩阵B。

最后，行列式的计算可以通过拉普拉斯展开式或者初等行变换来进行。

对于本题中的矩阵A，可以通过对第一行进行展开得到行列式的值。

第二题：向量的内积和外积已知向量a=(1,2,3)，b=(4,5,6)，求向量a和b的内积和外积。

解析：向量的内积可以通过将对应分量相乘再相加来计算，即a·b=1*4+2*5+3*6=32。

向量的外积可以通过行列式的形式来计算，即a×b=|i j k| |1 2 3| |4 5 6|。

其中i、j、k分别为单位向量。

通过计算可以得到向量a和b的外积为(-3,6,-3)。

第三题：矩阵的特征值和特征向量已知矩阵A=（2 1，1 2），求矩阵A的特征值和特征向量。

解析：特征值和特征向量的求解可以通过求解方程Ax=λx来进行。

其中，A为矩阵，λ为特征值，x为特征向量。

首先，我们需要求解矩阵A的特征值。

可以通过求解矩阵A的特征多项式的根来得到特征值。

特征多项式为|A-λI|=0，其中I为单位矩阵。

对于本题中的矩阵A，可以得到特征多项式为(2-λ)(2-λ)-1*1=λ^2-4λ+3=0。

解这个二次方程可以得到特征值λ1=1和λ2=3。

然后，我们需要求解矩阵A的特征向量。

可以通过代入特征值到方程(A-λI)x=0来求解特征向量。

复旦大学考试试卷2018——2019学年第二学期时间：100分钟《线性代数》课程32学时2学分考试形式：闭卷总分：100分一、填空题（每小题3分，共15分）1、设2()3f x x =-，矩阵⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=3 4 0 1A ，则)(A f =.2、设B A ,为n 阶矩阵，如果有n 阶可逆矩阵P ，使成立，则称A 与B 相似．3、n 元非齐次线性方程组m n A x b ⨯=有唯一解的充分必要条件是.4、已知二次型()323121232221321662355,,x x x x x x x x x x x x f -+-++=，则二次型f 对应的矩阵A =.5、设4阶方阵A 满足：0,30,2T A E A AA E <+==(其中E 是单位矩阵)，则A 的伴随矩阵*A 必有一个特征值为.二、选择题（每小题3分，共15分）1、已知4阶方阵A 的伴随矩阵为*A ，且A 的行列式A =3，则*A =（）.（A ）81.（B ）27.（C ）12.（D ）9.2、设A 、B 都是n 阶方阵，且A 与B 有相同的特征值，并且A 、B 都有n 个线性无关的特征向量，则（）。

（A ）A 与B 相似.（B ）A =B .（C ）B A ≠，但0||=-B A .（D ）A 与B 不一定相似，但||||B A =.3、设n 阶方阵A 为正定矩阵，下面结论不正确的是（）.（A ）A 可逆.（B ）1-A 也是正定矩阵.（C ）0||>A .（D ）A 的所有元素全为正.4、若n 阶实方阵2A A =，E 为n 阶单位阵，则（）.（A ）()()R A R A E n +->.（B ）()()R A R A E n +-<.（C ）()()R A R A E n +-=.（D ）无法比较()()R A R A E n +-与的大小.5、设1234123400110111c c c c αααα-⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪===-= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭，，，，其中1234,,,c c c c 为任意常数，则下列向量组线性相关的为（）.（A ）123ααα，，.（B ）124ααα，，.（C ）134ααα，，.（D ）234ααα，，.三（本题满分10分）计算n （2n ≥）阶行列式n xa a a x a D aax=，n D 的主对角线上的元素都为x ，其余位置元素都为a ，且x a ≠.四（本题满分10分）设3阶矩阵,A B 满足关系：1100216,041007A BA A BA A -⎛⎫ ⎪ ⎪⎪=+= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭且,求矩阵B .五（本题满分10分）设方阵A 满足220A A E --=(其中E 是单位矩阵)，求11,(2)A A E --+.六（本题满分12分）已知向量组A ：11412α⎛⎫ ⎪ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭，22131α⎛⎫ ⎪- ⎪= ⎪- ⎪⎝⎭，31541α⎛⎫ ⎪- ⎪= ⎪- ⎪-⎝⎭，43670α⎛⎫ ⎪- ⎪= ⎪- ⎪⎝⎭，（1）求向量组A 的秩；（2）求向量组A 的一个最大线性无关组，并把不属于该最大无关组的其它向量用该最大无关组线性表示.七（本题满分14分）设矩阵11111A ααββ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦与矩阵000010002B ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦相似，（1）求,αβ；（2）求正交矩阵P ,使1P AP B -=.八（本题满分14分）设有线性方程组为23112131231222322313233323142434x a x a x a x a x a x a x a x a x a x a x a x a ⎧++=⎪++=⎪⎨++=⎪⎪++=⎩（1）证明：若1a ，2a ，3a ，4a 两两不等，则此方程组无解.（2）设13a a k ==，24a a k ==-（0k ≠），且已知1β，2β是该方程组的两个解，其中1(1, 1, 1)T β=-，2(1, 1, 1)T β=-，写出此方程组的通解.参考答案一、填空题（每小题3分，共15分）1、-2 08 6⎛⎫ ⎪⎝⎭；2、1P AP B -=；3、()(,)R A R A b n ==；4、513153333-⎛⎫⎪-- ⎪ ⎪-⎝⎭；5、43二、选择题（每小题3分，共15分）BADCC三（本题满分10分，见教材P44习题第5题）解：后面1n -列都加到第1列，得(1)(1)(1)n x n a a a x n ax aD x n a a x+-+-=+-xaa x a a a n x a n x c111])1([])1([1-+===-+÷])1([)(0101001])1([1)()()(1223a n x a x ax ax a n x n c a c c a c c a c nn -+-=---+====--+-+-+.四、（本题满分10分，与典型题解P172例6类似）解：111121166()6416327161B A E ----⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎢⎥⎪ ⎪ ⎪ ⎪=-=-==⎢⎥ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎦.五、（本题满分10分，见练习册P118第五大题第1小题和典型题解P173例7）解：212022A E A EA A E A E A -----=⇒=⇒=.22212112()202(2)()(4A E A A E A E A A E A A ------=⇒+=⇒+===）或34E A-六、（本题满分12分，见教材P89习题3第2题，或典型题解P178例6）解：1213101141560112134700002110000--⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪---⎪ ⎪→→ ⎪ ⎪--- ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭，12()2,,R A αα=为所求的一个最大线性无关组，且312412,2αααααα=-+=-+.七、（本题满分14分，见典型题解P190例14）解：（1）由,A B 相似知，,A B 有相同的特征值，而B 的特征值为0,1，2，故得A 的特征值为1230,1,2λλλ===，从而有0010E A E A ⎧⋅-=⎪⎨⋅-=⎪⎩，由此解得0α=，β=0.（2）对于10λ=，解()00E A X ⋅-=，得特征向量101-⎛⎫⎪⎪ ⎪⎝⎭，单位化得：⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=210211p ；对于21λ=，解()0E A X -=，得特征向量为⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=0101p ；对于32λ=，解()20E A X -=，得特征向量为101⎛⎫⎪⎪ ⎪⎝⎭，单位化得：⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=210211p 令()⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-==2102101021021,,321p p p P ，则P 为正交阵，且使1P AP B -=.八、（本题满分14分，见教材P87例3.13）解：（1）增广矩阵B 的行列式是4阶范德蒙行列式：231112322223143332344411||()11ji i j a a a a a a B aa a a a a aa≤<≤==-∏由于1a ，2a ，3a ，4a 两两不等，知||0B ≠，从而()4R B =，但系数矩阵A 的秩()3R A ≤，故()()R A R B ≠，因此方程组无解.（2）13a a k ==，24a a k ==-（0k ≠）时，方程组变为23123231232312323123x kx k x k x kx k x k x kx k x k x kx k x k⎧++=⎪-+=-⎪⎨++=⎪⎪-+=-⎩即2312323123x kx k x k x kx k x k⎧++=⎨-+=-⎩因为1201kk k=-≠-，故()()2R A R B ==，所以方程组有解，且对应的齐次方程组的基础解系含3-2=1个解向量，又1β，2β是原非齐次方程组的两个解，故21(2, 0, 2)T ξββ=-=-是对应齐次方程组的解；由于0ξ≠，故ξ是它的基础解系。

课程编号：100172105 北京理工大学2021-2022学年第二学期线性代数A 期末试题(试题共2页, 九道大题。

解答题必须有解题过程。

)一 (14分)、已知矩阵211121112⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭A . （1）求A I 32*−的值，其中*A 是A 的伴随矩阵；（2）若矩阵101011111⎛⎫⎪= ⎪ ⎪⎝⎭B ，且满足11*2A XA A X A B −−=+，求矩阵X .二（10分）、设方程与线性方程组1231232123040160x x x x x ax x x a x ++=⎧⎪⎪++=⎨⎪++=⎪⎩有公共解，求a 的值及所有公共解。

三（10分）、已知线性空间22⨯R的一个基123410111111,,,00001011⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤====⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦A A A A 与一组向量123421234311,,,11102110⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤====⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥−−⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦B B B B . （1）证明：1234B ,B ,B ,B 也是线性空间22⨯R的一个基；（2）求基1234A ,A ,A ,A 到基1234B ,B ,B ,B 的过渡矩阵；（3）若矩阵C 在基1234A ,A ,A ,A 下的坐标为(0,1,0,1)TX =，求C 在基1234B ,B ,B ,B 下的坐标。

四（10分）、在3R 上定义变换σ：12312231((,,))(2,,3)x x x x x x x x σ=+−.（1）证明：σ 是3R 上的一个线性变换；（2）求 σ 在3R 的自然基321εεε,,下的矩阵。

五（10分）、已知12321x x x a ++=−1234(1,1,1,1), (2,2,1,1), (2,1,2,1), (1,0,1,0)=−−=−−=−−=−αααα（1）求向量组1234,,,αααα的秩和一个极大无关组;（2）用所求的极大无关组线性表出向量组的其余向量。

大一线性代数期末考试试卷+答案(总6页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--线性代数期末考试题一、填空题（将正确答案填在题中横线上。

每小题2分，共10分）1. 若022150131=---x ，则=χ__________。

2．若齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++000321321321x x x x x x x x x λλ只有零解，则λ应满足 。

4．矩阵⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=323122211211a a a a a a A 的行向量组线性 。

5．n 阶方阵A 满足032=--E A A ，则=-1A 。

二、判断正误（正确的在括号内填“√”，错误的在括号内填“×”。

每小题2分，共10分）1. 若行列式D 中每个元素都大于零，则0〉D 。

（ ）2. 零向量一定可以表示成任意一组向量的线性组合。

（ ）3. 向量组m a a a ，，， 21中，如果1a 与m a 对应的分量成比例，则向量组s a a a ，，， 21线性相关。

（ ）4. ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=0100100000010010A ，则A A =-1。

（ ） 5. 若λ为可逆矩阵A 的特征值，则1-A 的特征值为λ。

( )三、单项选择题 (每小题仅有一个正确答案，将正确答案题号填入括号内。

每小题2分，共10分)1. 设A 为n 阶矩阵，且2=A ，则=T A A （ ）。

① n 2② 12-n③ 12+n④ 42. n 维向量组 s ααα，，， 21（3 ≤ s ≤ n ）线性无关的充要条件是（ ）。

① s ααα，，， 21中任意两个向量都线性无关 ② s ααα，，， 21中存在一个向量不能用其余向量线性表示 ③ s ααα，，， 21中任一个向量都不能用其余向量线性表示 ④ s ααα，，， 21中不含零向量 3. 下列命题中正确的是( )。

① 任意n 个1+n 维向量线性相关② 任意n 个1+n 维向量线性无关 ③ 任意1+n 个n 维向量线性相关 ④ 任意1+n 个n 维向量线性无关4. 设A ，B 均为n 阶方阵，下面结论正确的是( )。