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文档简介

2025年线性代数小组互评版试题一、行列式(共20分)1.计算题(10分)计算n阶行列式$D_n=\begin{vmatrix}2&1&1&\cdots&1\1&2&1&\cdots&1\1&1&2&\cdots&1\\vdots&\vdots&\vdots&\ddots&\vdots\1&1&1&\cdots&2\end{vmatrix}$的值。2.证明题(10分)设$A$为3阶方阵,且$|A|=2$,证明:(1)$|2A^{-1}|=4$(2)$|A^|=4$,其中$A^$为$A$的伴随矩阵二、矩阵(共30分)1.计算题(15分)已知矩阵$A=\begin{pmatrix}1&2&3\2&1&2\3&2&1\end{pmatrix}$,$B=\begin{pmatrix}1&0&0\0&2&0\0&0&3\end{pmatrix}$,求:(1)$AB$和$BA$,并判断$AB$与$BA$是否相等(2)$A^{-1}$(要求用初等变换法)(3)矩阵$A$的秩$r(A)$2.应用题(15分)设矩阵$A=\begin{pmatrix}1&2&3\2&4&t\3&6&9\end{pmatrix}$,问:(1)当$t$为何值时,矩阵$A$的秩最小?最小值是多少?(2)当$t=6$时,求矩阵$A$的列向量组的一个极大线性无关组,并将其余列向量用该极大线性无关组线性表示三、n维向量与线性方程组(共35分)1.计算题(15分)设向量组$\alpha_1=(1,2,3,4)^T$,$\alpha_2=(2,3,4,5)^T$,$\alpha_3=(3,4,5,6)^T$,$\alpha_4=(4,5,6,7)^T$,求:(1)该向量组的秩(2)该向量组的一个极大线性无关组,并将其余向量用该极大线性无关组线性表示2.解答题(20分)设有线性方程组:$$\begin{cases}x_1+x_2+x_3+x_4=1\x_1+2x_2+3x_3+4x_4=5\2x_1+3x_2+4x_3+5x_4=a\3x_1+4x_2+5x_3+6x_4=b\end{cases}$$(1)当$a$,$b$为何值时,方程组无解?(2)当$a$,$b$为何值时,方程组有唯一解?并求出该唯一解(3)当$a$,$b$为何值时,方程组有无穷多解?并求出该方程组的通解(要求用其导出组的基础解系表示)四、矩阵的特征值与特征向量(共30分)1.计算题(15分)设矩阵$A=\begin{pmatrix}1&2&2\2&1&2\2&2&1\end{pmatrix}$,求:(1)矩阵$A$的特征值和特征向量(2)判断矩阵$A$是否可对角化,若可对角化,求出可逆矩阵$P$和对角矩阵$\Lambda$,使得$P^{-1}AP=\Lambda$2.证明题(15分)设$\lambda_1$,$\lambda_2$是矩阵$A$的两个不同的特征值,$\alpha_1$,$\alpha_2$分别是对应于$\lambda_1$,$\lambda_2$的特征向量,证明:(1)$\alpha_1$,$\alpha_2$线性无关(2)$\alpha_1+\alpha_2$不是矩阵$A$的特征向量五、二次型(30分)1.计算题(15分)已知二次型$f(x_1,x_2,x_3)=x_1^2+2x_2^2+3x_3^2+4x_1x_2+8x_1x_3+10x_2x_3$,求:(1)二次型$f$的矩阵$A$(2)用正交变换法将二次型$f$化为标准形,并写出所用的正交变换2.证明题(15分)证明:(1)实二次型$f(x)=x^TAx$为正定二次型的充分必要条件是矩阵$A$的各阶顺序主子式都大于零(2)设$A$是n阶正定矩阵,则$A^{-1}$也是正定矩阵六、综合应用题(20分)某工厂生产甲、乙、丙三种产品,每件产品的利润分别为10元、15元和20元。生产每件产品所需的工时和原材料如下表所示:产品工时(小时/件)原材料A(公斤/件)原材料B(公斤/件)甲231乙322丙413若工厂每天可提供的工时不超过100小时,原材料A不超过80公斤,原材料B不超过60公斤。问:(1)如何安排生产计划(即每天生产甲、乙、丙三种产品各多少件),才能使工厂每天的利润最大?(2)若原材料A的供应量增加10公斤,其他条件不变,最大利润会增加多少?(要求用线性代数的方法建模并求解,可使用MATLAB等软件进行数值计算)七、开放性探究题(20分)在机器学习中,主成分分析(PCA)是一种常用的降维方法,其核心思想是将

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