2022年《矩阵论》习题答案 .pdf
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1、1 第一章第一章第 6 题实数域 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。解: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nnR,记AARAAWAARAAVTnnTnn,/;,/以为, 对任意的,BBAAVBATT则,BABAT即VBA,所以 V 对加法运算是封闭的;对任意的AARkVAT,则,VkAkAkAT即所以 V 对数乘运算封闭;所以,V 是nnR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。P41 第一章第 8 题(参考 P10 例题1.2.5) 证明:存在1k,2k,3k,4k使得11
2、2233440kkkk即11111k+21101k+31110k+41011k=0 解12341231341240000kkkkkkkkkkkkk得12340kkkk所以1,2,3,4线性无关P42 第 1 章第 12 题解:因为 A=x11+x22+x33+x44即x1+x2+x3+x4=1 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页,共 30 页 - - - - - - - - - - 2 x1+x2+x3=2 x1+x3+x4=-2 x1+x2+x4=0 x1=-2 x2=3 x3=1
3、x4=-1 所以 A 的坐标为 x1,x2,x3,x4T=-2,3,1,-1 TP42 第一章第 13 题 答案f(x)=3+1 -n2x( 泰勒展开 )(fx=2(n-1)2-nx(x)f=2(n-1)(n-2)3-nx)1(fn(x)=2(n-1)! )(fn(x)=0 f(1)=5 )1(f=2(n-1) ( 1 )f=2(n-1)(n-2) )1(fn(1)=2(n-1)! f(x)=f(1)+ )1(f(x-1)+ !21(1)f2) 1(x+ +)!1(1n)1(fn(1)1) 1(nx=5+2(n-1)(n-2)+! 2)2)(1(2nn2)1(x+)!1()1(2nn!1) 1
4、(nx=5+211nC(x-1)+221nC2)1(x+ +211nnC1) 1(nx取 f(x)=3+1-n2x在基 1, (x-1), 2) 1(x, ,1)1(nx下的坐标为(5 , 211nC, 221nC, , 211nnCT)教材 P42 习题 14:求基T)0, 0,0 , 1 (1,T)0 ,0, 1 , 0(2,T)0 , 1 ,0, 0(3,T)1 , 0,0 ,0(4,到基T) 1 , 1, 1 , 2(1,T)0, 1 , 3 ,0(2,T) 1 ,2, 3 ,5(3,T)3, 1 ,6, 6(4的过度矩阵,确定向量Txxxx),(4321在基1,2,3,4,下的坐标,
5、并求一非零向量,使它在这两组基下的坐标相同。所涉知识点:基,过度矩阵及其应用。参考例题 -例 1.3.3-P16 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页,共 30 页 - - - - - - - - - - 3 1分 析 :设 过 渡 矩 阵 为44434241343332312423222114131211ttttttttttttttttT, 公式T),(),(43214321,4443424134333231242322211413121143214321),(),(ttttttttt
6、ttttttt,又432144321343212432113166123501301112,对比以上两式,易得过渡矩阵3101621165316502T。设Txxxx),(4321在基1,2,3,4,下的坐标为),(4321bbbb,则44332211bbbb, 即432143214321),(xxxxbbbb, 向量4321xxxx为任意给定的一个向量,该向量的每个分量可以看做已知量,向量4321bbbb为给定已知向量4321xxxx在基1,2,3,4下的坐标,其坐标可以看做是方程A的解,其中矩阵3101121163316502)4, 3,2, 1(A,向量Txxxx),(4321为任意给定
7、向量,),(4321bbbb为要求量。 方程A是非齐次线性方程组,该方程有解的充要条件是)()(ArAr.解得该方程组的解即可确定向量Txxxx),(4321在基1,2,3,4下的坐标。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页,共 30 页 - - - - - - - - - - 4 00031011211633165021)4()4(r)4(r -4r4321irrrrxxExxxxA)(初等行变换,i=2,3,4。ix是4321,xxxx在初等和变换的过程中变换而来的。4321,xxxx
8、为给定的向量的坐标。 显然由上式可知:) , , , (4321xxxx。2 设某一非零向量为Txxxx),(4321,向量在基1,2,3,4下的坐标为T),(4321,则41i44332211ii,即432143214321432143211000010000100001),(xxxx,44332211,xxxx,所以,向量Txxxx),(4321在基1,2,3,4下的坐标为Txxxx),(4321,由题意知: 向量Txxxx),(4321在基1,2,3,4与基1,2,3,4下具有相同的坐标,即向量在基1,2,3,4下的坐标也为Txxxx),(4321,则41i44332211iixxxxx
9、,即432143214321432143214321302163365023101121163316502xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx,化简该式可得如下其次线性方程组:02001063206504321432143214321xxxxxxxxxxxxxxxx( I ), 方程组 (I )中系数矩阵),(,21011111632165014321xxxxxA向量,写成矩阵形式即为:0Ax(II ) ,求方程精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页,共 30 页 - - -
10、- - - - - - - 5 组( II)的解就是所求向量。对矩阵A 做出的行变换如下所示:CArrrrrrrrrrrrrrrrr0000110010101001000011001010650100001100011065011100770001106501110076100110650144007610022065012101111163216501153323471323414212141312显然,,CAA 与 C 相似。43)()(nCrAr,det(A)=0, 方程0Ax有非零解,由上面分析易得解为:1, 1, 1, 14321xxxx,s 所以满足条件的一个非零向量为T)1, 1
11、 , 1 , 1(,其在基1,2,3,4与基1,2,3,4下具有相同的坐标。(注:所解过程如有不对地方,建议各方交流啊!)精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页,共 30 页 - - - - - - - - - - 6 第 27 题0100103-1 , 1 ,3261026101 ,32,32-113232-1022023320223, 2, 1,2-1-1- ,23-1-03-0,2,3, 3, 2,0,7,8 ,2,3,3 ,5, 1 , 1,1,2,2,-13, 1 , 1 ,3,
12、7,8,2,33, 5, 1 , 1,2,2, 1,V4321443322114443333222211114432143214321432143214i4432132121332223322,31113311 ,313232321313312211121112211121121212122113214TTTTTTTTTTiSR,由,令,得,取,令,使再取,正交化,所以,且,取解:令第二章P78 第 2 章第 6 题(1)(x1,x2,x3)=(2x1-x2,x2+x3,x1)精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - -
13、 - - - -第 6 页,共 30 页 - - - - - - - - - - 7 1=(1,0,0)=(2,0,1)=21+32=(-1,1,0)=-1+23=(0 ,1, 0)= 2(1,2,3)=(1,2,3)0,011 , 1 ,00 ,1-2,所以在1,2,3下的矩阵是0, 011 , 1 ,00, 1-2,(2)由(1,2,3)=(e1,e2,e3)1 , 1, 11 , 0, 10, 1 ,1=P (e1,e2,e3)到(1,2,3)的过渡矩阵为P=1 , 1, 11 ,0, 10 ,1 ,1及(1,2,3)=(1,2,3)1 ,2, 1-0, 1 , 11 ,0, 1令 A=
14、1 ,2 ,1-0 ,1 ,11 ,0 ,1由(e1,e2,e3)=(1,2,3)p1-(e1,e2,e3)=(1,2,3)p1-=(1,2,3)Ap1-=(e1,e2,e3)pAp1-(3)由(1,2,3)=(e1,e2,e3)A, A=0, 1 ,21-1 ,03,0, 1-,得(e1,e2,e3)=(1,2,3)A1-(e1,e2,e3)=(1,2,3)A1-=(e1,e2,e3)9, 6, 311050,5,A1-(4) (E11)=0, 00, 3=3E11(E12)=0, 01 , 1=E11+E12精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下
15、载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页,共 30 页 - - - - - - - - - - 8 (E21)=0,60, 3=-E11+6E21(E22)=2, 21, 1=E11-E12+2E21+2E2202, 0,02, 6, 0,01, 0, 1 ,01, 1, 1 , 3T缺第 8 题第二章第九题 P79页:解: (1)令1021121312552212A即:123414,(.)AA12341234(,)(,)P,由题目知;1000230001101112PA 在基1234,下的矩阵为1PAP那么 ,123412341234(,)( ,)(,)AAPAP(2)
16、 由线性映射值域和核的定义可以得到:()()|( )|()0R AAVVN AVAV第二章第 10 题10 在 n 维线性空间中 nR x中,定义线性变换( )( )f xfx,其中( ) nf xR x。求的值域与核。解:N(D)=常数,2, ,nR(D)span 1 xx,取11,2x,1nnx;121201000020(,)(,)00010000nnDn;精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页,共 30 页 - - - - - - - - - - 9 0100002000010000
17、Dn( ) nR(D)DfxfR x,( )0N(D)=f Dfx,11(0,)TnfTR(x),( )Dfx,0100D,00101000Df1101R(x)R(D)xfx,001N(D)fxR(x)第二章 13 题解: (1)由题可得AA),(),(321321P),(),(321321APPA1321321),(),(2)由aAaxAx0122020021AI即0)1)(2)(1(特征值1, 2, 132111时,把11代入式中得000010101222010020则0,231xxx特征向量为1011X22时,把22代入式中得000120101322000021精品资料 - - - 欢迎
18、下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页,共 30 页 - - - - - - - - - - 10 则32312,xxxx特征向量为2122X13,把13代入式中得000010001022030022则Rxxx321,0, 0特征向量为1003X第二章 14 14.设线性空间3RD3 的线性变换A 定义为3231321322xxxxxxxA求线性变换A 的特征值与特征向量。解:由3231321322xxxxxxxA取标准基1e,2e,3e。得0021Ae,0202Ae,3013Ae;在1e,2e,3e下的矩阵300
19、020102A利用0300020102AI则0)3)(2)(2(可求得特征值:3, 2,2321。2,221时,由xAx2可得100000100230002201022可得03x;由此得到对应的特征向量:010,00121xx精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页,共 30 页 - - - - - - - - - - 11 33时,由xAx3可得000010101330003201032则0,231xxx;由此得到对应的特征向量:1013x。第二章 17 17、 (1)B=PAP1Bk=
20、 (PAP1)k=PAkP1结论成立(2)令: P()=a1n+a21n+ .+an+a1nP(A)= a1A n+a2A 1n+ .+anA +a1nP(B)= a1B n+a2B 1n+ .+anB +a1n由( 1)得 Bk=PAkP1即多项式每一项都成立,则有P(A)= P P(B) P (3) BT= (PAP1)T= (P1)TATPT=( PT)1ATPT即结论成立第三章第三章 2(1) 、 (3)2. 化下列矩阵为 Smith 标准形:(1)10解:2 1()2(1)2221,22 1()111101000000(3)22222113131211解:22221 3(1)2 3(
21、3)2 1( 1)2222221122223131222000111111精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页,共 30 页 - - - - - - - - - - 12 2212 1(1)2,32223222221110(2)200000022(2)2322322 1( 1)13 1()220020010(2)0222)2000000232222112 3(1)3 2()3 2()222002002000223022202200000000011()212()23 2()200100
22、02000000000第三章 3 3.求下列矩阵的不变因子和初等因子;(1) 300130013解:由题意,知:3001300133001030313001300312300130001203031000123300010001所以,此行列式的初等因子为33,故此行列式的不变因子为333d,12d,11d。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页,共 30 页 - - - - - - - - - - 13 第三章 .6(1)解:由于同理可得BIA 与 B 具有相同的不变因子,故A 与 B
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