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定理 一、内 容 提 要 n 阶方阵 A 与对角阵相似的充分必要条件是 A 有 n 个线性无关的特征向量. 定理 设 l 是 n 阶矩阵 A 的 k 重特征值, 则 定理 方阵 A 可相似对角化的充分必要条件是 A的每一特征值的几何重数等于代数重数. 称 k 为特征值 l 的代数重数. 称 n - R(lE - A) 为特征值 l 的几何重数. (1) 求出 n 阶方阵 A 的所有特征值 li . 一、内 容 提 要 (2) 求 (li E-A) x = 0 的一个基础解系. (3) 将求出的 n 个特征向量排成矩阵 则 可对角化矩阵的多项式计算 当 P -1AP = L = diag(l1,…, ln) 时, 方阵相似对角化的算法 二、典 型 例 题 例1 设 a1, a2, a3, b 均为3维列向量, 矩阵A = (a1, a2, a3), 解 B = (3a1, 2a2, b), 且已知行列式 det A = 2, det B = ? 6. 计算 det (3A-B) 和 det (3A+B). 解 例2 设 计算 知识点 例3 计算矩阵 A2n 的行列式, 其中 解 例4 设 且 A2 + AB - A = E, 求 A9 和 B. 解 证明 例5 设 A 满足方程 A2 +2A-E = O, 证明 A 与 A+3E 都可逆, 并求它们的逆阵. 由 A2 +2A-E = O, 得 因此 A 可逆, 且 因此 A+3E 可逆, 且 且 AB = B+A, 求 B. 已知 解 例6 由 AB = B+A, 得 例7 设 求 An. 解 则 令 知识点 问 a 取什么值时, (1) b 可由 a1, a2, a3 线性表示, 且表示式唯一; (2) b 可由 a1, a2, a3 线性表示, 且表示式不唯一; (3) b 不可由a1,a2,a3线性表示. 解 对 (A,b) ?(a1,a2,a3,b) 施行 初等行变换 (1)当a ? ?2 时, R(A,b)=R(A)=3, b可由a1,a2,a3线性表示, 且表示 式唯一(因a1,a2,a3线性无关); (2)当 a = 2 时, R(A,b)=R(A)=2, b可由a1,a2,a3线性表示, 且表示 式不唯一(因a1,a2,a3线性相关); (3)当 a = -2 时, R(A,b) ? R(A), b 不可由 a1, a2, a3 线性表示. 例8 设 例9 设矩阵A=(a1,a2,a3,a4), 其中a3,a4线性无关, a3=2a1+a2, a4=3a1+2a2. 向量b=a1+a2+a3+a4, 求方程组 Ax=b 的通解. 解 知识点 由a3 =2a1+a2, a4 =3a1+2a2 知x1 =(2,1,-1,0)T, x2=(3,2,0,-1)T 为方程组 Ax = 0 的两个解, 又因a3,a4线性无关, 所以a3,a4为a1,a2,a3,a4的一个最大无关组, 秩 R(A) = 2. 易知 R(x1, x2) = 2 = 4-R(A), 因此 x1, x2 为方程组 Ax = 0 的一个基础解系. 由 b=a1+a2+a3+a4 知h =(1,1,1,1)T为方程组 Ax=b的一个特解. 因此, 方程组 Ax=b 的通解为 且有 解 且有 例10 设 (1) 求A的列向量组 a1,a2,a3,a4 的秩和一个最大无关组,并把 其余向量用此最大无关组线 性表示; (2) 求 Ax = 0 的通解. (1) 化 A 为行最简形: a1, a2, a3, a4 的秩为2, 一个最大无关组为a1, a2, 知识点 (2) Ax = 0 的同解方程组为 其中 k1, k2 为任意数. 令自由未知元 x3 = k1, x4 = k2, 得 Ax = 0 的通解为 证1 因 Axi = 0 (i=1,…, n-r), 上式两边左乘 A 得 设存在一组数 x, x1,…, xn-r , 使 即 (1) 而 x1, …, xn-r 线性无关, 因 Ah ? 0, 所以 代入(1)得 所以 所以 h, h+x1, …, h+xn-r 线性无关. (2) 由(2)得 x = 0, 例11 设x1, …, xn-r 是 Ax = 0 的一个基础解系, 而h不 是 Ax = 0 的解, 证明 h, h+x1, …, h+xn-r 线性无关. 知识点 若 s r, 则向量组 b1,…, bs 线性相关. 设向量 b1, …, bs 可由向量组 a1,…, ar 线性表示, 定理
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