【题型一】数值型行列式的计算。
例1】设多项式。
则的根得个数为是( )
a)1 (b)2 (c)3 (d)4
详解】利用行列式性质,计算出行列式是几次多项式,即可作出判别。
若均为阶方阵,则)
故有两个根,故应选(b).
例2】四阶行列式的值等于。
a) (b)
c)(d)解析】可直接展开计算,所以选(d).
例3】计算行列式的值为。
详解】:利用爪尖把某一行(列)化尽可能多的零。
题型二】 抽象型行列式的计算。
例4】设三阶方阵满足,其中为三阶单位矩阵,若,则。
分析】 先化简分解出矩阵,再计算行列式或者将已知等式变形成含有因子的矩阵乘积形式,而其余因子的行列式都可以求出即可.
详解】方法1:由,知,即,易知矩阵可逆,于是有
再两边取行列式,得 ,因为, 所以 .
方法2:由,得。
等式两端取行列式且利用矩阵乘积的行列式=行列式的乘积,得。
约去,得 .
例5】设矩阵,矩阵满足,其中为的伴随矩阵,是单位矩阵,则。
详解】方法1:已知等式两边同时右乘,得,
由伴随矩阵的运算规律:,有,而。
于是有,移项、合并有,再两边取行列式,由方阵乘积的行列式的性质:矩阵乘积的行列式等于矩阵行列式的积,有
而 故所求行列式为。
方法2:由题设条件,得
由方阵乘积行的列式的性质:矩阵乘积的行列式等于矩阵行列式的积,故两边取行列式,有
其中; 由伴随矩阵行列式的公式:若是阶矩阵,则。
所以, =9 ; 又 =1.
故。例6】设均为3维列向量,记矩阵,如果,那么 .
详解】方法1:因为,故 =,记,两边取行列式,于是有。
方法2:利用行列式性质(在行列式中,把某行的各元素分别乘以非零常数加到另一行的对应元素上,行列式的值不变;从某一行或列中提取某一公因子行列式值不变)
又因为,故。
例7】(10,2,3)设为3阶矩阵,且,则=.
答案:3详解:由于,所以。
因为,所以,因此。
例8】(08,3) 设3阶矩阵的特征值为1,2,2,为三阶单位矩阵,则。
答案】3详解】的特征值为,所以的特征值为,所以的特征值为,,
所以。题型三】n阶行列式的计算。
例9】计算n阶行列式。
提示:按第一列展开即可。
例10】计算阶行列式。
详解: 例11】计算四阶行列式。
详解: 题型四】计算代数余子式线性组合的值:
例12】设4阶行列式,求。
题型五】证明。
例13】设是阶矩阵,b是阶矩阵,满足,证明。
详解】方法1:是矩阵,是矩阵,则是阶方阵,因。
当时,有.故。
方法2:是矩阵, 当时,,(方程组方程个数小于未知数的个数)方程组必有非零解,即存在,使得,两边左乘,得,即有非零解,故。
例14】设a是阶矩阵,满足,且,证明:
证明:(法一)若,则可逆,对,两边左乘得。
即,与题设矛盾,故a不可逆,即。
法二)由,的列向量是方程组的解。
又,所以有非零解,故。
法三)由。又,则,故。
第二章矩阵。
题型一】特殊矩阵求n次幂,即求。
1 型。例1】, 求。
详解: 2 型。
例2】,求。
详解: 相似对角化 ∽
例3】已知,且,则。
详解: 例4】设,,其中为3阶可逆矩阵。则。
详解】因为。
为对角阵,故有。
所以 所以 .
题型二】 有关矩阵的伴随或秩的命题。
伴随矩阵的秩:设a是阶矩阵,则
例5】为阶可逆,求。
类似题:均阶可逆,
例6】设a、b为阶矩阵,分别为、对应的伴随矩阵,分块矩阵。
则c的伴随矩阵( )
ab)cd)
类似题:(09,1,2,3)设均为2阶矩阵,分别为的伴随矩阵,若,则分块矩阵的伴随矩阵为。
a). bcd).
解析】分块矩阵的行列式。
即分块矩阵可逆,且。
故答案为(b).
例7】 设,则。
详解: 题型三】 求矩阵的逆。
例8】设矩阵满足,其中为单位矩阵,则=
详解】要求的逆,应努力把题中所给条件化成的形式。
由题设。即
故 .例9】设,为4阶单位矩阵,且则。
详解】先求出然后带入数值,由于,所以。
例10】(08,1,2,3)设为阶非零矩阵,为阶单位矩阵,满足,则( )
不可逆,不可逆不可逆,可逆。
可逆,可逆可逆,不可逆。
答案】详解】,
故均可逆.例11】设,其中、分别是m阶和n可逆矩阵,证明矩阵可逆,并求其逆。
证明:设为阶可逆方阵,由可逆矩阵存在的充分必要条件,可得|a|≠0,|b|≠0,有
所以是可逆的。设。则。
由此得 所以
题型四】 与初等矩阵及初等变换有关的题。
例12】设为()阶可逆矩阵,交换的第1行与第2行得矩阵,分别为,的伴随矩阵,则( )
a) 交换的第1列与第2列得。 (b) 交换的第1行与第2行得。
c) 交换的第1列与第2列得。 (d) 交换的第1行与第2行得。
方法1:由题设,存在初等矩阵(交换阶单位矩阵的第1行与第2行所得),使得,(进行行变换,故左乘初等矩阵),于是 ,又初等矩阵都是可逆的,故 ,又(行列式的两行互换,行列式反号),,故。
即,可见应选(c).
方法2:交换的第一行与第二行得,即。
又因为是可逆阵,,故,所以可逆,且。
又,故,又因,故。
例13】设为三阶矩阵,,,则。
详解: 例14】设a为3阶矩阵,将a的第2列加到第1列得矩阵b,再交换b的第2行与第3行得单位矩阵,记,则a= (
a) (b) (c) (d)
详解:由于将的第2列加到第1列得矩阵,故。
即。由于交换的第2行和第3行得单位矩阵,故。
即故因此,故选(d)
题型五解矩阵方程。
一般情况下,经恒等变形之后有以下三种可能形式(、可逆)
例15】设矩阵,矩阵满足,其中是的伴随矩阵,求矩阵。
详解】题设条件
上式两端左乘,得
因为,所以
根据可逆矩阵的定义:对于矩阵,如果存在矩阵,使得,则称为可逆矩阵,并称是的逆矩阵,故均是可逆矩阵,且。
又 因为常数与矩阵相乘,的每个元素都要乘以,故。
所以。(对应元素相减)
用初等行变换求逆,当用初等行变换将矩阵化为单位矩阵时,经过相同的初等行变换,单位矩阵化成了,即。
故 例16】设矩阵的伴随矩阵且其中为4 阶单位矩阵,求矩阵。
分析】本题为解矩阵方程问题,相当于是未知矩阵,其一般原则是先简化,再计算,根据题设等式,可先右乘a ,再左乘,尽量不去计算。
详解】方法1:由知因此有。
于是,所以
等式两边先右乘 a,得
再左乘,得
化简 于是。
由初等变换法求得)
方法2: (同解1),由得。
由初等变换法求得),可见 a e 为逆矩阵。
于是,由有而。
因此。方法3:由题设条件,得。
知:,均是可逆矩阵,且。
由,其中,,得故。其中。
所以 例17】已知、、均为n阶,, 则。
a) (b) (cd)
方法1:由,得,根据逆矩阵的定义可知,均可逆,且。
由得,又可逆,上式两端右乘,得,把,代入,且根据逆矩阵的定义得。
方法2:因,得 (1)
得2)根据逆矩阵的定义由(1)可知,均可逆,且,代入(2)式得, ,
把和代入, 得。
或把代入, 得)
第三章向量。
例1】已知、均为n阶正交矩阵,求证:。
证明: (知)
为正交矩阵,故,所以。
即。例2】, 线性相关,
题型一】考察向量组关系的概念。
例3】设向量组i:可由向量组ⅱ:线性表示,则( )
a)当时,向量组ⅱ必线性相关;
b)当时,向量组ⅱ必线性相关;
c)当时,向量组i必线性相关;
d)时,向量组i必线性相关。
例4】向量线性相关的充分必要条件是( )
a)中至少有一个是零向量。
b)中至少有两个向量成比例。
c)中至少有一个向量可由其余个向量线性表示。
d)中任一部分组线性相关。
例5】已知维向量组线性无关,则( )
a) 对任意一组数,都有。
b).c)中少于个向量构成的向量组**性相关。
d中任意两个向量**性无关。
例6】设向量组(ⅰ)
向量组(ⅱ)则必有。
a) 组(ⅰ)相关组(ⅱ)相关 (b) 组(ⅱ)相关组(ⅰ)无关
c) 组(ⅰ)相关组(ⅱ)无关 (d) 组(ⅰ)无关组(ⅱ)无关。
例7】(10,2,3) 设向量组可由向量组线性表示,下列命题正确的是( )
a) 若向量组线性无关,则b) 若向量组线性相关,则。
c) 若向量组线性无关,则d) 若向量组线性相关,则。
题型二】证明向量组的无关相关。
例8】设a是阶矩阵,若存在正整数,使线性方程组有解向量,且,证明:向量组线性无关。
证明设有数,使得。
式①两边左乘,得。
由题设条件,故。
从而得。由于,故,代入式①得。
将式③两边左乘,同上可证。
同理可证,从而得证。
例9】为齐次线性方程组。
的行向量,已知方程组(1)有非零解且行向量组的秩,证明向量组线性无关。
分析:是方程组(1)的非零解,即有。
表示成向量形式是。
即与都正交。利用正交性证明向量组线性无关。
证明:设有数,使得。
求(2)两边右乘,得。
因是方程组(1)的非零解,故有,且,从而由上式得。
将代入(2)式,由于,线性无关,故,又,故。
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