27.证明:若A 为3阶可逆的上三角矩阵,则A -1也是上三角矩阵.
⎛a 11
证:设A = 0
0⎝
其中A 12=-
a 12a 220
a 13⎫⎛A 11
⎪ 11-1*a 23⎪,则A =A = A 12
|A ||A | A a 33⎪⎭⎝13
A 21
A 22A 23
A 31⎫⎪A 32⎪, A 33⎪⎭a 120=0,
0a 230a 22a
=0,A 13=-=0,A 23=-11
0a 33000
A 21
A 220
A 31⎫⎪
A 32⎪是上三角矩阵. A 33⎪⎭
⎛A 11
1 -1
所以A = 0
|A |
⎝0
四、证明题(本大题6分)
27.设A 是n 阶方阵,且(A +E ) 2=0,证明A 可逆.
证:由(A +E ) 2=0,得A 2+2A +E =0,-(A 2+2A ) =E ,-(A +2E ) A =E .
所以A 可逆,且A -1=-(A +2E ) . 四、证明题(本大题6分)
27.设向量组α1, α2线性无关,证明向量组β1=α1+α2,β2=α1-α2也线性无关. 证:设k 1β1+k 2β2=0,即k 1(α1+α2) +k 2(α1-α2) =0,(k 1+k 2) α1+(k 1-k 2) α2=0.
11⎧k 1+k 2=0由α1, α2线性无关,得⎨,因为=-2≠0,方程组只有零解,所以β1, β2
1-1⎩k 1-k 2=0
线性无关.
四、证明题(本题6分)
27.设n 阶矩阵A 满足A 2=A ,证明E -2A 可逆,且(E -2A ) -1=E -2A .
证:由A 2=A ,得(E -2A )(E -2A ) =E -4A +4A 2=E -4A +4A =E ,所以E -2A 可逆,且(E -2A ) -1=E -2A .
四、证明题(本大题6分)
27.设α为Ax =0的非零解,β为Ax =b (b ≠0)的解,证明α与β线性无关. 证:设k 1α+k 2β=0,则A (k 1α+k 2β) =0,k 1A α+k 2A β=0,k 10+k 2b =0,由此可得
k 2=0,从而k 1α=0,又α≠0,可得k 1=0,所以α与β线性无关.
27.设η为非齐次线性方程组Ax =b 的一个解,ξ1, ξ2, , ξr 是其导出组Ax =0的一个基础解系.证明η, ξ1, ξ2, , ξr 线性无关.
证:设k η+k 1ξ1+k 2ξ2+ +k r ξr =0, 则A (k η+k 1ξ1+k 2ξ2+ +k r ξr ) =0,
kA η+k 1A ξ1+k 2A ξ2+ +k r A ξr =0, kb +k 10+k 20+ +k r 0=0,kb =0,
由b ≠0,得k =0--(1) 从而k 1ξ1+k 2ξ2+ +k r ξr =0, 由ξ1, ξ2, , ξr 线性无关,得
k 1=k 2= =k r =0-(2) 由(1)(2)可知η, ξ1, ξ2, , ξr 线性
四、证明题(本大题共1小题,6分)
27.设向量组α1, α2, α3线性无关,β1=α1+α2,β2=α2+α3,β3=α3+α1,证明:向量组β1, β2, β3线性无关. 证:设k 1β1+k 2β2+k 3β3=0,即
k 1(α1+α2) +k 2(α2+α3) +k 3(α3+α1) =0, (k 1+k 3) α1+(k 1+k 2) α2+(k 2+k 3) α3=0,
+k 3=0⎧k 1
⎪
因为α1, α2, α3线性无关,必有⎨k 1+k 2=0,
⎪k 2+k 3=0⎩
101101
1-1
|A |=110=01-1==2≠0,
11
011011
方程组只有零解:k 1=k 2=k 3=0,所以β1, β2, β3线性无关.
四、证明题(本题6分)
27.已知A 是n 阶矩阵,且满足方程A 2+2A =0,证明A 的特征值只能是0或-2.
证: 设a 是A 的特征值, 则 a^2+2a 是 A^2+2A 的特征值
而 A^2+2A =0, 零矩阵的特征值只能是0 所以 a^2+2a = 0 所以 a(a+2)=0 所以 a=0 或 a=-2 即A 的特征值只能是0或-2.
四、证明题(本大题共1小题,6分)
27.证明:若向量组α1, α2, , αn 线性无关,而
β1=α1+αn , β2=α1+α2, β3=α2+α3, , βn =αn -1+αn ,
则向量组β1, β2, , βn 线性无关的充要条件是n 为奇数.
证:设k 1β1+k 2β2+ +k n βn =0,即(k 1+k 2) α1+(k 2+k 3) α2++ +(k 1+k n ) αn =0,
⎧k 1+k 2=0⎪
⎪k 2+k 3=0
由α1, α2, , αn 线性无关,可得齐次方程组⎨,其系数行列式
⎪⎪⎩k 1+k n =0
10|A |=
001
11000
01100
00010
00011
1000
1100
0010
0011
11
0110
0001
000 1
= +(-1) 1+n 0
=1+(-1) 1+n ,当且仅当n 为奇数时,|A |≠0,齐次方程组只有零解,β1, β2, , βn 线性无
四、证明题(本题6分)
27.设向量组α1, α2, α3线性无关,且β=k 1α1+k 2α2+k 3α3.证明:若k 1≠0,则向量组
β, α2, α3也线性无关.
证:设x 1β+x 2α2+x 3α3=0,即k 1x 1α1+(k 2x 1+x 2) α2+(k 3x 1+x 3) α3=0.
=0⎧k 1x 1
⎪
由α1, α2, α3线性无关,可得⎨k 2x 1+x 2=0.
⎪k x +x 3=0⎩31
k 1
若k 1≠0,则方程组的系数行列式k 2
k 3
00
只有x 1=x 2=x 3=0,所以β, α2, α3 10=k 1≠0,
01
四、证明题(本大题6分)
27. 已知向量组α1, α2,α3,α4线性无关,证:α1+α2,α2+α3,α3+α4,α4-α1线性无 证明:设存在不全为0的实数k1,k2,k3,k4,k5使得
k1(α1+α2)+k2(α2+α3)+k3(α3+α4)+k4(α4+α5)+k5(α5+α1)=0 则(k1+k5)α1+(k1+k2)α2+(k2+k3)α3+(k3+k4)α4+(k4+k5)α5=0 因为向量组α1.α2.α3.α4,α5线性无关,所以k1+k5=0,k1+k2=0,k2+k3=0,k3+k4=0,k4+k5=0 解得k1=k2=k3=k4=k5=0
所以不存在不全为0的实数使k1(α1+α2)+k2(α2+α3)+k3(α3+α4)+k4(α4+α5)+k5(α5+α1)=0, 所以向量组α1+α2,α2+α3,α3+α4,α4+α5,α5+α1线性无关。 四、证明题(本题6分)
27. 设n 阶矩阵A 满足A 2=E,证明A 的特征值只能是±1.
证明:设λ是A 的任意一个特征值,α是λ所对应的特征向量
Aα=λα A²α=λAα Eα=α=λ·λα=λ²α λ²=1 λ=±1 所以A 的特征值只能是±1 四、证明题(本大题共1小题,6分)
27. 设向量α1,α2,….,αk 线性无关,1
因a1,a2,…,ak 线性无关故m1=0,m2=0,...,m1+mj=0,...,mk=0 即m1=0,m2=0,...,mj=0,...,mk=0 故a1+aj,a2,…,ak 线性无关 四、证明题(本大题共6分)
27.设A 为n 阶对称矩阵,B 为n 阶反对称矩阵 证明:(1)AB -BA 为对称矩阵;(2)AB +BA 为反对称矩阵.
证明:(1) 因为(AB-BA)'= B'A'-A'B'= -BA+AB=AB-BA ,故AB-BA 对称 (2) (AB+BA)'= B'A'+ A'B'= -BA+A(-B)=-(AB+BA) 故 AB+BA反对称 四、证明题(本大题6分)
27.设α1,α2,α3线性无关,证明α1,α1+2α2,α1+3α3也线性无关. 证明: 设 k1α1+k2(α1+α2)+k3(α1+α2+α3)=0. 则(k1+k2+k3)α1+(k2+k3)α2+k3α3 =0
因为α1,α2,α3线性无关 所以k1+k2+k3=0,k2+k3=0,k3=0, 因为齐次线性方程组的系数行列式 1 1 1 0 1 1
0 0 1 = 1 (不等于0) 所以方程组只有零解, 即 k1=k2=k3=0. 所以 α1,α1+α2,α1+α2+α3 线性无关 # 四、证明题(本题6分)
27. 设A 是3阶反对称矩阵,证明A =0.
证明:因为A 是3阶反对称矩阵 所以 A^T = -A
所以 |A| = |A^T| = |-A| = (-1)^3|A| = -|A| 所以 |A| = 0 四、证明题(本大题共1小题,6分) a 11
27.三阶矩阵A =a 21
a 31
a 12a 22a 32
a 13⎛a 13⎫⎛a 11⎫⎛a 12⎫
⎪ ⎪ ⎪
a 23行列式不等于 0,证:α1= a 21⎪, α2= a 22⎪, α3= a 23⎪线无
a ⎪ a ⎪ a ⎪a 33
⎝31⎭⎝32⎭⎝33⎭
证明:设有一组数看k1 k2 k3 使k1a1,k2a2,k3a3=0即(a1,a2,a3){k1,k2,k3}=0
亦即A{k1,k2,k3}=0故{k1.k2.k3}是AX=0的解注意到AX=0只有零解, 因为A 的秪等于3=未知量的个数, 故k1=k2=k3=0,从而a1,a2,a3线性无关
27.证明:若A 为3阶可逆的上三角矩阵,则A -1也是上三角矩阵.
⎛a 11
证:设A = 0
0⎝
其中A 12=-
a 12a 220
a 13⎫⎛A 11
⎪ 11-1*a 23⎪,则A =A = A 12
|A ||A | A a 33⎪⎭⎝13
A 21
A 22A 23
A 31⎫⎪A 32⎪, A 33⎪⎭a 120=0,
0a 230a 22a
=0,A 13=-=0,A 23=-11
0a 33000
A 21
A 220
A 31⎫⎪
A 32⎪是上三角矩阵. A 33⎪⎭
⎛A 11
1 -1
所以A = 0
|A |
⎝0
四、证明题(本大题6分)
27.设A 是n 阶方阵,且(A +E ) 2=0,证明A 可逆.
证:由(A +E ) 2=0,得A 2+2A +E =0,-(A 2+2A ) =E ,-(A +2E ) A =E .
所以A 可逆,且A -1=-(A +2E ) . 四、证明题(本大题6分)
27.设向量组α1, α2线性无关,证明向量组β1=α1+α2,β2=α1-α2也线性无关. 证:设k 1β1+k 2β2=0,即k 1(α1+α2) +k 2(α1-α2) =0,(k 1+k 2) α1+(k 1-k 2) α2=0.
11⎧k 1+k 2=0由α1, α2线性无关,得⎨,因为=-2≠0,方程组只有零解,所以β1, β2
1-1⎩k 1-k 2=0
线性无关.
四、证明题(本题6分)
27.设n 阶矩阵A 满足A 2=A ,证明E -2A 可逆,且(E -2A ) -1=E -2A .
证:由A 2=A ,得(E -2A )(E -2A ) =E -4A +4A 2=E -4A +4A =E ,所以E -2A 可逆,且(E -2A ) -1=E -2A .
四、证明题(本大题6分)
27.设α为Ax =0的非零解,β为Ax =b (b ≠0)的解,证明α与β线性无关. 证:设k 1α+k 2β=0,则A (k 1α+k 2β) =0,k 1A α+k 2A β=0,k 10+k 2b =0,由此可得
k 2=0,从而k 1α=0,又α≠0,可得k 1=0,所以α与β线性无关.
27.设η为非齐次线性方程组Ax =b 的一个解,ξ1, ξ2, , ξr 是其导出组Ax =0的一个基础解系.证明η, ξ1, ξ2, , ξr 线性无关.
证:设k η+k 1ξ1+k 2ξ2+ +k r ξr =0, 则A (k η+k 1ξ1+k 2ξ2+ +k r ξr ) =0,
kA η+k 1A ξ1+k 2A ξ2+ +k r A ξr =0, kb +k 10+k 20+ +k r 0=0,kb =0,
由b ≠0,得k =0--(1) 从而k 1ξ1+k 2ξ2+ +k r ξr =0, 由ξ1, ξ2, , ξr 线性无关,得
k 1=k 2= =k r =0-(2) 由(1)(2)可知η, ξ1, ξ2, , ξr 线性
四、证明题(本大题共1小题,6分)
27.设向量组α1, α2, α3线性无关,β1=α1+α2,β2=α2+α3,β3=α3+α1,证明:向量组β1, β2, β3线性无关. 证:设k 1β1+k 2β2+k 3β3=0,即
k 1(α1+α2) +k 2(α2+α3) +k 3(α3+α1) =0, (k 1+k 3) α1+(k 1+k 2) α2+(k 2+k 3) α3=0,
+k 3=0⎧k 1
⎪
因为α1, α2, α3线性无关,必有⎨k 1+k 2=0,
⎪k 2+k 3=0⎩
101101
1-1
|A |=110=01-1==2≠0,
11
011011
方程组只有零解:k 1=k 2=k 3=0,所以β1, β2, β3线性无关.
四、证明题(本题6分)
27.已知A 是n 阶矩阵,且满足方程A 2+2A =0,证明A 的特征值只能是0或-2.
证: 设a 是A 的特征值, 则 a^2+2a 是 A^2+2A 的特征值
而 A^2+2A =0, 零矩阵的特征值只能是0 所以 a^2+2a = 0 所以 a(a+2)=0 所以 a=0 或 a=-2 即A 的特征值只能是0或-2.
四、证明题(本大题共1小题,6分)
27.证明:若向量组α1, α2, , αn 线性无关,而
β1=α1+αn , β2=α1+α2, β3=α2+α3, , βn =αn -1+αn ,
则向量组β1, β2, , βn 线性无关的充要条件是n 为奇数.
证:设k 1β1+k 2β2+ +k n βn =0,即(k 1+k 2) α1+(k 2+k 3) α2++ +(k 1+k n ) αn =0,
⎧k 1+k 2=0⎪
⎪k 2+k 3=0
由α1, α2, , αn 线性无关,可得齐次方程组⎨,其系数行列式
⎪⎪⎩k 1+k n =0
10|A |=
001
11000
01100
00010
00011
1000
1100
0010
0011
11
0110
0001
000 1
= +(-1) 1+n 0
=1+(-1) 1+n ,当且仅当n 为奇数时,|A |≠0,齐次方程组只有零解,β1, β2, , βn 线性无
四、证明题(本题6分)
27.设向量组α1, α2, α3线性无关,且β=k 1α1+k 2α2+k 3α3.证明:若k 1≠0,则向量组
β, α2, α3也线性无关.
证:设x 1β+x 2α2+x 3α3=0,即k 1x 1α1+(k 2x 1+x 2) α2+(k 3x 1+x 3) α3=0.
=0⎧k 1x 1
⎪
由α1, α2, α3线性无关,可得⎨k 2x 1+x 2=0.
⎪k x +x 3=0⎩31
k 1
若k 1≠0,则方程组的系数行列式k 2
k 3
00
只有x 1=x 2=x 3=0,所以β, α2, α3 10=k 1≠0,
01
四、证明题(本大题6分)
27. 已知向量组α1, α2,α3,α4线性无关,证:α1+α2,α2+α3,α3+α4,α4-α1线性无 证明:设存在不全为0的实数k1,k2,k3,k4,k5使得
k1(α1+α2)+k2(α2+α3)+k3(α3+α4)+k4(α4+α5)+k5(α5+α1)=0 则(k1+k5)α1+(k1+k2)α2+(k2+k3)α3+(k3+k4)α4+(k4+k5)α5=0 因为向量组α1.α2.α3.α4,α5线性无关,所以k1+k5=0,k1+k2=0,k2+k3=0,k3+k4=0,k4+k5=0 解得k1=k2=k3=k4=k5=0
所以不存在不全为0的实数使k1(α1+α2)+k2(α2+α3)+k3(α3+α4)+k4(α4+α5)+k5(α5+α1)=0, 所以向量组α1+α2,α2+α3,α3+α4,α4+α5,α5+α1线性无关。 四、证明题(本题6分)
27. 设n 阶矩阵A 满足A 2=E,证明A 的特征值只能是±1.
证明:设λ是A 的任意一个特征值,α是λ所对应的特征向量
Aα=λα A²α=λAα Eα=α=λ·λα=λ²α λ²=1 λ=±1 所以A 的特征值只能是±1 四、证明题(本大题共1小题,6分)
27. 设向量α1,α2,….,αk 线性无关,1
因a1,a2,…,ak 线性无关故m1=0,m2=0,...,m1+mj=0,...,mk=0 即m1=0,m2=0,...,mj=0,...,mk=0 故a1+aj,a2,…,ak 线性无关 四、证明题(本大题共6分)
27.设A 为n 阶对称矩阵,B 为n 阶反对称矩阵 证明:(1)AB -BA 为对称矩阵;(2)AB +BA 为反对称矩阵.
证明:(1) 因为(AB-BA)'= B'A'-A'B'= -BA+AB=AB-BA ,故AB-BA 对称 (2) (AB+BA)'= B'A'+ A'B'= -BA+A(-B)=-(AB+BA) 故 AB+BA反对称 四、证明题(本大题6分)
27.设α1,α2,α3线性无关,证明α1,α1+2α2,α1+3α3也线性无关. 证明: 设 k1α1+k2(α1+α2)+k3(α1+α2+α3)=0. 则(k1+k2+k3)α1+(k2+k3)α2+k3α3 =0
因为α1,α2,α3线性无关 所以k1+k2+k3=0,k2+k3=0,k3=0, 因为齐次线性方程组的系数行列式 1 1 1 0 1 1
0 0 1 = 1 (不等于0) 所以方程组只有零解, 即 k1=k2=k3=0. 所以 α1,α1+α2,α1+α2+α3 线性无关 # 四、证明题(本题6分)
27. 设A 是3阶反对称矩阵,证明A =0.
证明:因为A 是3阶反对称矩阵 所以 A^T = -A
所以 |A| = |A^T| = |-A| = (-1)^3|A| = -|A| 所以 |A| = 0 四、证明题(本大题共1小题,6分) a 11
27.三阶矩阵A =a 21
a 31
a 12a 22a 32
a 13⎛a 13⎫⎛a 11⎫⎛a 12⎫
⎪ ⎪ ⎪
a 23行列式不等于 0,证:α1= a 21⎪, α2= a 22⎪, α3= a 23⎪线无
a ⎪ a ⎪ a ⎪a 33
⎝31⎭⎝32⎭⎝33⎭
证明:设有一组数看k1 k2 k3 使k1a1,k2a2,k3a3=0即(a1,a2,a3){k1,k2,k3}=0
亦即A{k1,k2,k3}=0故{k1.k2.k3}是AX=0的解注意到AX=0只有零解, 因为A 的秪等于3=未知量的个数, 故k1=k2=k3=0,从而a1,a2,a3线性无关