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考研数学二分类模拟题38一、填空题1.
设A是三阶矩阵,其三个特征值为,则|4A*+3E|=______.正确答案:10[解析],A*的特征值为,4A*+3E的特征值为5,1,2,于是|4A*+3E|=10.
2.
设A为n阶可逆矩阵,若A有特征值λ0,则(A*)2+3A*+2E有特征值______.正确答案:[解析]因为A可逆,所以λ0≠0,A*对应的特征值为,于是(A*)2+3A*+2E对应的特征值为
3.
设A为三阶矩阵,A的各行元素之和为4,则A有特征值______,对应的特征向量为______.正确答案:4
[解析]因为A的各行元素之和为4,所以,于是A有特征值4,对应的特征向量为
4.
设A为三阶实对称矩阵,且为A的不同特征值对应的特征向量,则a=______.正确答案:3[解析]因为实对称矩阵不同特征值对应的特征向量正交,所以有6+3a+3-6a=0,a=3.
5.
设A~B,其中,则x=______,y=______.正确答案:3
1[解析]因为A~B,所以即解得x=3,y=1.
6.
设A是三阶实对称矩阵,其特征值为λ1=3,λ2=λ3=5,且λ1=3对应的线性无关的特征向量为,则λ2=λ3=5对应的线性无关的特征向量为______.正确答案:[解析]因为实对称矩阵不同特征值对应的特征向量正交,令λ2=λ3=5对应的特征向量为,由得λ2=λ3=5对应的线性无关的特征向量为
7.
设α,β为三维非零列向量,(α,β)=3,A=αβT,则A的特征值为______。正确答案:0
3[解析]因为A2=3A,令AX=λX,因为A2X=λ2X,所以有(λ2-3λ)X=0,而X≠0,故A的特征值为0或者3,因为λ1+λ2+λ3=trA=(α,β),所以λ1=3,λ2=λ3=0.
8.
设是矩阵的特征向量,则a=______,b=______.正确答案:2
3[解析]由Aα=λα得,即解得λ=5,a=2,b=3.
二、选择题1.
设A是n阶矩阵,下列结论正确的是______.A.A,B都不可逆的充分必要条件是AB不可逆B.r(A)<n,r(B)<n的充分必要条件是r(AB)<nC.AX=0与BX=0同解的充分必要条件是r(A)=r(B)D.A~B的充分必要条件是λE-A~λE-B正确答案:D[解析]若A~B,则存在可逆矩阵P,使得P-1AP=B,于是P-1(λE-A)P=λE-P-1AP=λE-B,即λE-A~λE-B;
反之,若λE-A~λE-B,即存在可逆矩阵P,使得P-1(λE-A)P=λE-B,整理得λE-P-1AP=λE-B,即P-1AP=B,即A~B,应选D.
2.
设A为n阶可逆矩阵,λ为A的特征值,则A*的一个特征值为______.
A.
B.
C.λ|A|
D.λ|A|n-1正确答案:B[解析]因为A可逆,所以λ≠0,令AX=λX,则A*AX=λA*X,从而有,选B.
3.
设三阶矩阵A的特征值为λ1=-1,λ2=0,λ3=1,则下列结论不正确的是______.A.矩阵A不可逆B.矩阵A的迹为零C.特征值-1,1对应的特征向量正交D.方程组AX=0的基础解系含有一个线性无关的解向量正确答案:C[解析]由λ1=-1,λ2=0,λ3=1得|A|=0,则r(A)<3,即A不可逆,A正确;又λ1+λ2+λ3=tr(A)=0,所以B正确;因为A的三个特征值都为单值,所以A的非零特征值的个数与矩阵A的秩相等,即r(A)=2,从而AX=0的基础解系仅含有一个线性无关的解向量,D是正确的;C不对,因为只有实对称矩阵的不同特征值对应的特征向量正交,一般矩阵不一定有此性质,选C.
4.
设A为三阶矩阵,方程组AX=0的基础解系为α1,α2,又λ=-2为A的一个特征值,其对应的特征向量为α3,下列向量中是A的特征向量的是______.A.α1+α3B.3α3-α1C.α1+2α2+3α3D.2α1-3α2正确答案:D[解析]因为AX=0有非零解,所以r(A)<n,故0为矩阵A的特征值,α1,α2为特征值0所对应的线性无关的特征向量,显然特征值0为二重特征值,若α1+α3为属于特征值λ0的特征向量,则有A(α1+α3)=λ0(α1+α3),注意到A(α1+α3)=0α1-2α3=-2α3,故-2α3=λ0(α1+α3)或λ0α1+(λ0+2)α3=0,
因为α1,α3线性无关,所以有λ0=0,λ0+2=0,矛盾,故α1+α3不是特征向量,同理可证3α3-α1及α1+2α2+3α3也不是特征向量,显然2α1-3α2为特征值0对应的特征向量,选D.
5.
设A为n阶实对称矩阵,下列结论不正确的是______.A.矩阵A与单位矩阵E合同B.矩阵A的特征值都是实数C.存在可逆矩阵P,使PAP-1为对角阵D.存在正交阵Q,使QTAQ为对角阵正确答案:A[解析]根据实对称矩阵的性质,显然B、C、D都是正确的,但实对称矩阵不一定是正定矩阵,所以A不一定与单位矩阵合同,选A.
6.
设n阶矩阵A与对角矩阵相似,则______.A.A的n个特征值都是单值B.A是可逆矩阵C.A存在n个线性无关的特征向量D.A一定为n阶实对称矩阵正确答案:C[解析]矩阵A与对角阵相似的充分必要条件是其有n个线性无关的特征向量,A有n个单特征值只是其可对角化的充分而非必要条件,同样A是实对称阵也是其可对角化的充分而非必要条件,A可逆既非其可对角化的充分条件,也非其可对角化的必要条件,选C.
7.
α,β为四维非零列向量,且α⊥β,令A=αβT,则A的线性无关特征向量个数为______A.1B.2C.3D.4正确答案:C[解析]因为α,β为非零向量,所以A=αβT≠O,则r(A)≥1,
又因为r(A)=r(αβT)≤r(α)=1,所以r(A)=1.
令AX=λX,由A2X=αβT·αβTX=O=λ2X得λ=0,
因为r(0E-A)=r(A)=1,所以A的线性无关的特征向量个数为3,应选C.
8.
设A,B为正定矩阵,C是可逆矩阵,下列矩阵不是正定矩阵的是______.A.CTACB.A-1+B-1C.A*+B*D.A-B正确答案:D[解析]显然四个选项中的矩阵都是实对称阵,因为A,B正定,所以A-1,B-1及A*,B*都是正定的,对任意X≠0,XT(CTAC)X=(CX)TA(CX)>0(因为C可逆,所以当X≠0时,CX≠0),于是CTAC为正定矩阵,同样用定义法可证A-1+B-1与A*+B*都是正定矩阵,选D.
三、解答题1.
求矩阵的特征值与特征向量.正确答案:[解]由|λE-A|=(λ-1)2(λ-4)=0得λ1=λ2=1,λ3=4.
当λ=1时,由(E-A)X=0得属于特征值λ=1的线性无关的特征向量为,全部特征向量为k1α1+k2α2(k1,k2不同时为0);
当λ=4时,由(4E-A)X=0得属于特征值λ=4的线性无关的特征向量为全部特征向量为kα3(k≠0).
设为A的特征向量.2.
求a,b及A的所有特征值与特征向量.正确答案:[解]由Aα=λα得,即,解得a=1,b=1,λ=3.
由
得λ1=0,λ2=2,λ3=3.
3.
A可否对角化?若可对角化,求可逆矩阵P,使得P-1AP为对角矩阵.正确答案:[解]因为A的特征值都是单值,所以A可相似对角化.
将λ1=0代入(λE-A)X=0得λ1=0对应的线性无关特征向量为
将λ2=2代入(λE-A)X=0得λ2=2对应的线性无关特征向量为
将λ3=3代入(λE-A)X=0得λ3=3对应的线性无关特征向量为
令,则
4.
设,求A的特征值,并证明A不可以对角化.正确答案:[解]由得λ=2(三重),
因为r(2E-A)=1,所以λ=2只有两个线性无关的特征向量,故A不可以对角化.
5.
设,B~A*,求B+2E的特征值.正确答案:[解]
由
得λ1=7,λ2=λ3=1,A*对应的特征值为
即μ1=1,μ2=μ3=7.
因为B~A*,所以B的特征值也为μ1=1,μ2=μ3=7,从而B+2E的特征值为3,9,9.
6.
设ATA=E,证明:A的实特征值的绝对值为1.正确答案:[证明]设AX=λX,则XTAT=λXT,从而有XTATAX=λXTAX=λ2XTX,因为ATA=E,所以(λ2-1)XTX=0,而XTX=|X|2≠0,所以λ2=1,于是|λ|=1.
设λ0为A的特征值.7.
证明:AT与A特征值相等正确答案:[证明]因为|λE-AT|=|(λE-A)T|=|λE-A|,所以AT与A的特征值相等.
8.
求A2,A2+2A+3E的特征值;正确答案:[解]因为Aα=λ0α(α≠0),
所以
于是A2,A2+2A+3E的特征值分别为
9.
若|A|≠0,求A-1,A*,E-A-1的特征值.正确答案:[解]因为|A|+λ1λ2…λn≠0,所以λ0≠0,由Aα=λ0α得
由A*Aα=|A|α得,又
于是A-1,A*,E-A-1的特征值分别为及
10.
设X1,X2分别为A的属于不同特征值λ1,λ2的特征向量.证明:X1+X2不是A的特征向量。正确答案:[证明]反证法
不妨设X1+X2是A的属于特征值λ的特征向量,则有A(X1+X2)=λ(X1+X2),
因为AX1=λ1X1,AX2=λ2X2,所以(λ1-λ)X1+(λ2-λ)X2=0,
而X1,X2线性无关,于是λ1=λ2=λ,矛盾,故X1+X2不是A的特征向量.
11.
求A的全部特征值,并证明A可以对角化.正确答案:[解]令αTβ=k,则A2=kA,
设AX=λX,则A2X=λ2X=kλX,即λ(λ-k)X=0,
因为X≠0,所以矩阵A的特征值为λ=0或λ=k.
由λ1+…+λn=trA且trA=k得λ1=…=λn-1=0,λn=k.
因为r(A)=1,所以方程组(0E-A)X=0的基础解系含有n-1个线性无关的解向量,即λ=0有,n-1个线性无关的特征向量,故A可以对角化.
设向量α=(a1,a2,…,an)T,其中a1≠0,A=ααT.12.
求方程组AX=0的通解.正确答案:[解]因为r(A)=1,所以AX=0的基础解系含有n-1个线性无关的特征向量,其基础解系为
则方程组AX=0的通解为k1α1+k2α2+…+kn-1αn-1(k1,k2,…,kn-1为任意常数).
13.
求A的非零特征值及其对应的线性无关的特征向量.正确答案:因为A2=kA,其中是,所以A的非零特征
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