线性代数试卷及答案.doc

考试科目：线性代数考试类型：闭卷 考试时间：120分钟一.选择题（每题3分，共15分）1.设是任意阶方阵，那么下列等式必成立的是（ ）（A）（B）（C）（D）解答：选D由于矩阵乘法没有交换律，所以A，B，C这些需要交换律成立才能推出的等式不一定成立2.如果元齐次线性方程组有基础解系并且基础解系含有个解向量，那么矩阵的秩为（ ）（A）（B）（C）（D）以上答案都不正确解答:选C齐次线性方程组中未知数的个数，基础解系中向量个数，系数矩阵的秩之间的关系为3.如果三阶方阵的特征值为，那么及分别等于（ ）（A）10，8（B）8，10（C）-10，-8（D）-8，-10解答：选B设方阵的特征值为，则，所以，4.设实二次型的矩阵为，那么（ ）（A）（B）（C）（D）解答：选A，注意到二次型的矩阵一定是对称矩阵，因此由知，二次型的矩阵为5.若方阵的行列式，则（ ）（A）的行向量组和列向量组均线性相关；（B）的行向量组线性相关，列向量组线性无关；（C）的行向量组和列向量组均线性无关；（D）的列向量组线性相关，行向量组线性无关解答：选A方阵的行列式为零，说明方阵为降秩矩阵，即方阵的秩，从而个行向量组成的向量组的秩，说明最大无关组中向量个数，即多于个向量时一定线性相关，因此个行向量线性相关。同理个列向量线性相关这个结论是一个充分必要条件，即方阵的行列式为零行（列）向量组线性相关；方阵的行列式不为零行（列）向量组线性无关二.填空题（每题3分，共30分）1.如果行列式有两列的元对应成比例，那么该行列式等于_解答：0判断行列式等于零常用的几个结论：（1）若行列式某行（列）全部为零，则行列式等于零；（2）若行列式有两行（列）相等，则行列式等于零；（3）若行列式有两行（列）对应成比例，则行列式等于零2.设，是的伴随矩阵，则_解答：（也可以填具体矩阵）关于矩阵，逆矩阵，伴随矩阵的两个基本等式：，其他结论都是由这两个等式推导出来的，常用的有，对于本题，由于，因此，说明由于为下三角阵，行列式，因此3.设是非齐次线性方程组的解，若也是它的解，那么_解答：1由是的解知由是的解知从而，由于是非齐次方程组，所以为非零向量，于是，即4.设向量与向量正交，则_解答：3两向量正交，则内积为零，所以，即，从而5.设为正交矩阵，则_解答：1或-1（也可以填）根据正交矩阵的定义，从而，而，所以，于是6.设是互不相同的三个数，则行列式_解答：这是三阶的范德蒙行列式，可以直接用结论，也可以直接计算还可以用范德蒙行列式的计算方法计算7.要使向量组线性相关，则_解答：0方法1：由于向量组线性相关，因此齐次线性方程组有非零解从而其系数矩阵的行列式，从而方法2：向量组线性相关，则以这些向量为列组成的矩阵的秩小于其列数，即矩阵的秩小于3，矩阵为降秩矩阵，其行列式等于零，即，解得8.三阶可逆矩阵的特征值分别为，那么的特征值分别为_解答：设为矩阵的特征值，为对应的特征向量，则，两边左乘得，从而这表明，若为矩阵的特征值，为对应的特征向量，则就是的特征值，而且对应的特征向量仍为9.若二次型是正定的，则的取值范围为_解答：二次型的矩阵为，二次型正定的充分必要条件是的各阶顺序主子式都为正，即，即，解得10.设为阶方阵，且满足，那么_解答：由得，即，所以，这表明三.计算题（每题9分，共27分）1.已知，求矩阵使之满足解答：由得，即（注意：现在还不能推导出，因为还没有说明矩阵是可逆的，所以不可以出现），下面用初等行变换求的逆矩阵，从而说明它是可逆的所以，从而2.求行列式的值解答：3.求向量组的一个最大无关组和秩解答：将向量按列排成一个矩阵，用初等行变换化为行最简形矩阵所以是一个最大无关组，向量组的秩为3四.（10分）设有齐次线性方程组问当取何值时，上述方程组（1）有惟一的零解；（2）有无穷多个解，并求出这些解分析：齐次线性方程组有惟一零解的充分必要条件为系数矩阵的秩等于未知数的个数；有无穷多个解的充分必要条件为系数矩阵的秩小于未知数的个数.对于系数矩阵为方阵的齐次线性方程组，这个结论可以叙述为：齐次线性方程组有惟一零解的充分必要条件是系数行列式不等于零（也可以叙述为系数矩阵为满秩矩阵），有无穷多个解的充分必要条件是系数行列式等于零（也可以叙述为系数矩阵为降秩矩阵）.解答：方程组的系数行列式为（1）当，即且时，方程组有惟一的零解；（2）当，即或时，方程组有无穷多个解.当时，系数矩阵对应方程组为，解得，其中取任意数当时，系数矩阵对应方程组为，解得，其中取任意数五.（12分）求一个正交变换，把下列二次型化成标准形解答：二次型的矩阵为r因此矩阵的特征值为对于对应方程组为，解得，其中取任意数对于对应方程组为，解得，其中取任意数取特征向量，正交化为单位化为取，则为正交矩阵，且所以取正交变换，则可化为六.（6分）已知平面上三条不同直线的方程分别为试证：这三条直线交于一点的充分必要条件为证明1：三条直线交于一点的充分必要条件是方程组，即有解.非齐次线性方程组有解的充分必要条件是系数矩阵的秩等于增广矩阵的秩.（1）当时，必不全为零（这是直线方程的条件），不妨设，从而由知，从而系数矩阵的秩与增广矩阵的秩都是2（2）当时，与不能同时成立（否则，三条直线重合，与条件相矛盾），不妨设，从而由于，从而系数矩阵的秩为2而增广矩阵的秩为3上述两种情况说明，系数矩阵的秩等于增广矩阵的秩的充分必要条件是，从而结论得证.证明2：三条直线交于一点的充分必要条件是方程组，即有解.非齐次线性方程组有解的充分必要条件是系数矩阵的秩等于增广矩阵的秩因此只要证明：系数矩阵的秩等于增广矩阵的秩的充分必要条件是就可以了.（必要性）系数矩阵的秩最多是2，因此增广矩阵一定是降秩矩阵，从