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    【考研类试卷】考研数学三(N维向量)-试卷1及答案解析.doc

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    【考研类试卷】考研数学三(N维向量)-试卷1及答案解析.doc

    1、考研数学三(N 维向量)-试卷 1 及答案解析(总分:54.00,做题时间:90 分钟)一、选择题(总题数:11,分数:22.00)1.选择题下列每题给出的四个选项中,只有一个选项符合题目要求。(分数:2.00)_2.已知 A= (分数:2.00)A.B.5C.-1D.13.设 n(n3)阶矩阵 A= ,如伴随矩阵 A * 的秩 r(A * )=1,则 a 为 (分数:2.00)A.B.C.D.4.已知 Q= (分数:2.00)A.t=6 时,r(P)=1B.t=6 时,r(P)=2C.t6 时,r(P)=1D.t6 时,r(P)=25.设 A,B 为满足 AB=0 的任意两个非零矩阵,则必有

    2、(分数:2.00)A.A 的列向量组线性相关,B 的行向量组线性相关B.A 的列向量组线性相关,B 的列向量组线性相关C.A 的行向量组线性相关,B 的行向量组线性相关D.A 的行向量组线性相关,B 的列向量组线性相关6.设向量组 , 线性无关, 线性相关,则(分数:2.00)A. 必可由 , 线性表示B. 必不可由 , 线性表示C. 必可由 , 线性表示D. 必不可由 , 线性表示7.向量组 1 , 2 , s 线性无关的充分必要条件是(分数:2.00)A. 1 , 2 , s 均不是零向量B. 1 , 2 , s 中任意两个向量的分量不成比例C. 1 , 2 , s+1 线性无关D. 1

    3、, 2 , s 中任一个向量均不能由其余 s-1 个向量线性表出8.设 1 , 2 , 3 , 4 是 3 维非零向量,则下列说法正确的是(分数:2.00)A.若 1 , 2 线性相关, 3 , 4 线性相关,则 1 + 3 , 2 + 4 也线性相关B.若 1 , 2 , 3 线性无关,则 1 + 4 , 2 + 4 , 3 + 4 线性无关C.若 4 不能由 1 , 2 , 3 线性表出,则 1 , 2 , 3 线性相关D.若 1 , 2 , 3 , 4 任意三个向量均线性无关,则 1 , 2 , 3 , 4 线性无关9.若 1 , 2 , 3 线性无关,那么下列线性相关的向量组是(分数:

    4、2.00)A. 1 , 1 + 2 , 1 + 2 + 3 B. 1 + 2 , 1 - 2 ,- 3C.- 1 + 2 , 2 + 3 , 3 - 1 D. 1 - 2 , 2 - 3 , 3 - 1 10.设向量组: 1 , 2 , r 可由向量组: 1 , 2 , r 线性表示,则(分数:2.00)A.当 rs 时,向量组()必线性相关B.当 rs 时,向量组()必线性相关C.当 rs 时,向量组()必线性相关D.当 rs 时,向量组()必线性相关11.若 r( 1 , 2 , s )=r,则(分数:2.00)A.向量组中任意 r-1 个向量均线性无关B.向量组中任意 r 个向量均线性无

    5、关C.向量组中任意 r+1 个向量均线性相关D.向量组中向量个数必大于 r二、填空题(总题数:4,分数:8.00)12.已知 1 =(2,3,4,5) T , 2 =(3,4,5,6) T , 3 =(4,5,6,7) T , 4 =(5,6,7,8) T , 则 r( 1 , 2 , 3 , 4 )= 1.(分数:2.00)填空项 1:_13.已知 n 阶矩阵 A= (分数:2.00)填空项 1:_14.设 A= (分数:2.00)填空项 1:_15.设 A= (分数:2.00)填空项 1:_三、解答题(总题数:12,分数:24.00)16.解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。(分

    6、数:2.00)_17.设 n 维列向量 1 , 2 , n-1 线性无关,且与非零向量 1 , 2 都正交证明 1 , 2 线性相关, 1 , 2 , n-1 , 1 线性无关(分数:2.00)_18.设 A 为 3 阶矩阵, 1 , 2 为 A 的分别属于特征值-1,1 的特征向量,向量 满足 A 3 = 2 + 3 ,证明 1 , 2 , 3 线性无关(分数:2.00)_19.求向量组 1 =(1,1,4,2) T , 2 =(1,-1,-2,4) T , 3 =(-3,2,3,-11) T , 4 =(1,3,10,0) T 的一个极大线性无关组(分数:2.00)_20.设 4 维向量组

    7、 1 =(1+a,1,1,1) T , 2 =(2,2+a,2,2) T , 3 =(3,3,3+a,3) T , 4 =(4,4,4,4+a) T ,问 a 为何值时, 1 , 2 , 3 , 4 线性相关?当 1 , 2 , 3 , 4 线性相关时,求其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出(分数:2.00)_21.已知向量组() 1 , 2 , 3 ;() 1 , 2 , 3 , 4 ; () 1 , 2 , 3 , 5 ,如果它们的秩分别为 r()=r()=3,r()=4,求 r( 1 , 2 , 3 , 4 + 5 )(分数:2.00)_22.设 A 是 n 阶矩

    8、阵,证明 r(A * )= (分数:2.00)_23.设 A 是 mn 矩阵,B 是 ns 矩阵,证明 r(AB)r(B)(分数:2.00)_24.设 , 为 3 维列向量,矩阵 A= T + T ,其中 T , T 分别是 , 的转置,证明: ()秩 r(A)2; ()若 , 线性相关,则秩 r(A)2(分数:2.00)_25.设 A 是 n 阶矩阵,A 2 =E,证明:r(A+E)+r(A-E)=n(分数:2.00)_26.已知 A 是 mn 矩阵,B 是 nP 矩阵,r(B)=n,AB=0,证明 A=0(分数:2.00)_27.设 A 是 n 阶实对称矩阵,且 A 2 =0,证明 A=0

    9、(分数:2.00)_考研数学三(N 维向量)-试卷 1 答案解析(总分:54.00,做题时间:90 分钟)一、选择题(总题数:11,分数:22.00)1.选择题下列每题给出的四个选项中,只有一个选项符合题目要求。(分数:2.00)_解析:2.已知 A= (分数:2.00)A.B.5C.-1 D.1解析:解析:经初等变换矩阵的秩不变,对矩阵 A 作初等行变换,有 由 5+4a-a 2 =(a+1)(5-a), 2a 2 -3a-5=(2a-5)(a+1), 可见 a=-1 时,A 3.设 n(n3)阶矩阵 A= ,如伴随矩阵 A * 的秩 r(A * )=1,则 a 为 (分数:2.00)A.B

    10、. C.D.解析:解析:由伴随矩阵秩的公式 r(A * )= ,知 r(A)=n-1,那么A=0 且有 n-1 阶子式不为 0 如 a=1,显然A的二阶子式全为 0,故(A)不入选而 a1 时,由题设有 4.已知 Q= (分数:2.00)A.t=6 时,r(P)=1B.t=6 时,r(P)=2C.t6 时,r(P)=1 D.t6 时,r(P)=2解析:解析:若 A 是 mn,矩阵,B 是 ns 矩阵,且 AB=0,则由 B 的每列都是 Ax=0 的解,可有 r(A)+r(B)n,从而 r(P)3-r(Q) 如 t=6,则 r(Q)=1,得 r(P)2因此(A),(B)应排除如 t6,则r(Q)

    11、=2,得 r(P)1 因此(D)不正确,而 P 非零,r(P)1,故仅(C)正确5.设 A,B 为满足 AB=0 的任意两个非零矩阵,则必有(分数:2.00)A.A 的列向量组线性相关,B 的行向量组线性相关 B.A 的列向量组线性相关,B 的列向量组线性相关C.A 的行向量组线性相关,B 的行向量组线性相关D.A 的行向量组线性相关,B 的列向量组线性相关解析:解析:设 A 是 mn 矩阵,B 是 ns 矩阵,满足 AB=0,且 A,B 均为非零矩阵,那么 r(A)+r(B)n,r(A)1,r(B)1 所以必有 r(A)n 且 r(B)n 因为,秩 r(A)=A 的列秩n, r(B)=B 的

    12、行秩n,故 A 的列向量组线性相关,B 的行向量组线性相关应选(A)6.设向量组 , 线性无关, 线性相关,则(分数:2.00)A. 必可由 , 线性表示B. 必不可由 , 线性表示C. 必可由 , 线性表示 D. 必不可由 , 线性表示解析:解析:7.向量组 1 , 2 , s 线性无关的充分必要条件是(分数:2.00)A. 1 , 2 , s 均不是零向量B. 1 , 2 , s 中任意两个向量的分量不成比例C. 1 , 2 , s+1 线性无关D. 1 , 2 , s 中任一个向量均不能由其余 s-1 个向量线性表出 解析:解析:(A),(B)均是线性无关的必要条件例如, 1 =(1,1

    13、,1) T , 2 =(1,2,3) T , 3 =(2,3,4) T ,虽 1 , 2 , 3 均为非零向量且任两个向量的分量都不成比例,但 1 + 2 - 3 =0, 1 , 2 , 3 线性相关 (C)是线性无关的充分条件由 1 , 2 , s , s+1 线性无关 1 , 2 , s 线性无关,但由 1 , 2 , a 线性无关 8.设 1 , 2 , 3 , 4 是 3 维非零向量,则下列说法正确的是(分数:2.00)A.若 1 , 2 线性相关, 3 , 4 线性相关,则 1 + 3 , 2 + 4 也线性相关B.若 1 , 2 , 3 线性无关,则 1 + 4 , 2 + 4 ,

    14、 3 + 4 线性无关C.若 4 不能由 1 , 2 , 3 线性表出,则 1 , 2 , 3 线性相关 D.若 1 , 2 , 3 , 4 任意三个向量均线性无关,则 1 , 2 , 3 , 4 线性无关解析:解析:若 1 =(1,0), 2 =(2,0), 3 =(0,2), 4 =(0,3),则 1 , 2 线性相关, 3 , 4 线性相关,但 1 + 3 =(1,2), 2 + 4 =(2,3)线性无关故(A)不正确 对于(B),取 4 =- 1 ,即知(B)不对 对于(D),可考察向量组(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1),(-1,-1,-1),可知(D)不对 至于(C),

    15、因为 4 个 3 维向量必线性相关,如若 1 , 2 , 3 线性无关,则 4 必可由 1 , 2 , 3 线性表出现在 4 不能由 1 , 2 , 3 线性表出,故 1 , 2 , 3 必线性相关故应选(C)9.若 1 , 2 , 3 线性无关,那么下列线性相关的向量组是(分数:2.00)A. 1 , 1 + 2 , 1 + 2 + 3 B. 1 + 2 , 1 - 2 ,- 3C.- 1 + 2 , 2 + 3 , 3 - 1 D. 1 - 2 , 2 - 3 , 3 - 1 解析:解析:用观察法由 ( 1 - 2 )+( 2 - 3 )+( 3 - 1 )=0, 可知 1 - 2 , 2

    16、 - 3 , 3 - 1 线性相关故应选(D) 至于(A),(B),(C)线性无关的判断可以用秩也可以用行列式不为 0 来判断 例如,(A)中 r( 1 , 1 + 2 , 1 + 2 + 3 )=r( 1 , 1 + 2 , 3 )=r( 1 , 2 , 3 )=3 或( 1 , 1 + 2 , 1 + 2 + 3 )=( 1 , 2 , 3 ) 由行列式 10.设向量组: 1 , 2 , r 可由向量组: 1 , 2 , r 线性表示,则(分数:2.00)A.当 rs 时,向量组()必线性相关B.当 rs 时,向量组()必线性相关C.当 rs 时,向量组()必线性相关D.当 rs 时,向量

    17、组()必线性相关 解析:解析:若多数向量可用少数向量线性表出,则多数向量一定线性相关故应选(D)请举例说明(A),(B),(C)均不正确11.若 r( 1 , 2 , s )=r,则(分数:2.00)A.向量组中任意 r-1 个向量均线性无关B.向量组中任意 r 个向量均线性无关C.向量组中任意 r+1 个向量均线性相关 D.向量组中向量个数必大于 r解析:解析:秩 r( 1 , 2 , s )= 二、填空题(总题数:4,分数:8.00)12.已知 1 =(2,3,4,5) T , 2 =(3,4,5,6) T , 3 =(4,5,6,7) T , 4 =(5,6,7,8) T , 则 r(

    18、1 , 2 , 3 , 4 )= 1.(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:2)解析:解析:( 1 , 2 , 3 , 4 )= 13.已知 n 阶矩阵 A= (分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:1)解析:解析:由 A 2 -A=A(A-E),又矩阵 A 可逆,故 r(A 2 -A)=r(A-E),易见 r(A-E)=114.设 A= (分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:*)解析:解析:因为 AB=0,有 r(A)+r(B)3又因 B0,有 r(B)1 从而 r(A)3,因此行列式A=0又15.设 A= (分数:2.00)填空项 1:_

    19、 (正确答案:正确答案:k 1 (1,2,-1) T +k 2 (1,0,1) T )解析:解析:由于A=0,秩 r(A)=2,知 r(A * )=1 那么 n-r(A * )=3-1=2从而 A * x=0 的通解形式为:k 1 1 +k 2 2 又 A * A=AE=0,故 A 的列向量是 A * x=0 的解 所以 A * x=0 的通解为:k 1 (1,2,-1) T +k 2 (1,0,1) T 三、解答题(总题数:12,分数:24.00)16.解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。(分数:2.00)_解析:17.设 n 维列向量 1 , 2 , n-1 线性无关,且与非零向

    20、量 1 , 2 都正交证明 1 , 2 线性相关, 1 , 2 , n-1 , 1 线性无关(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:用 1 , 2 , n-1 构造(n-1)n 矩阵:A= )解析:18.设 A 为 3 阶矩阵, 1 , 2 为 A 的分别属于特征值-1,1 的特征向量,向量 满足 A 3 = 2 + 3 ,证明 1 , 2 , 3 线性无关(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:(1)(用定义) 据已知条件有 A 1 =- 1 ,A 2 = 2 ,A 3 = 2 + 3 设 k 1 1 +k 2 2 +k 3 3 =0, 用 A 左乘式的两端,并代人已知条件,有 -k 1

    21、 1 +k 2 2 +k 3 ( 2 + 3 )=0 -得 2k 1 1 -k 2 2 =0 由于 1 , 2 是矩阵 A 不同特征值的特征向量,所以 1 , 2 线性无关,从而 k 1 =0,k 3 =0 将其代入式得 k 2 2 =0因为 2 是特征向量,必有 2 0,从而 k 2 =0 因此, 1 , 2 , 3 线性无关 (2)(用反证法) 设 1 , 2 , 3 线性相关,由于 1 , 2 是矩阵 A 不同特征值的特征向量,所以 1 , 2 必线性无关从而 3 可以由 1 , 2 线性表出不妨设 3 =k 1 1 +k 2 2 , 用 A 左乘式两端,并把 A 3 = 2 + 3 ,

    22、A 1 =- 1 ,A 2 = 2 代入,得 2 + 23 =-k 1 1 +k 2 2 -得 - 2 =2k 1 1 由此得出 1 , 2 线性相关,与题设矛盾,故 1 , 2 , 3 线性无关)解析:19.求向量组 1 =(1,1,4,2) T , 2 =(1,-1,-2,4) T , 3 =(-3,2,3,-11) T , 4 =(1,3,10,0) T 的一个极大线性无关组(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:(1)把行向量组成矩阵,用初等行变换化成阶梯形,有 所以, 1 , 2 是一个极大线性无关组 (2)把 i 写成列向量,构成矩阵 A,再作初等行变换化 A 为阶梯形,即 )解

    23、析:20.设 4 维向量组 1 =(1+a,1,1,1) T , 2 =(2,2+a,2,2) T , 3 =(3,3,3+a,3) T , 4 =(4,4,4,4+a) T ,问 a 为何值时, 1 , 2 , 3 , 4 线性相关?当 1 , 2 , 3 , 4 线性相关时,求其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出(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:(1)记 A=( 1 , 2 , 3 , 4 ),则 那么,当 a=0 或 a=-10 时,A=0,向量组 1 , 2 , 3 , 4 线性相关 当 a=0 时, 1 为向量组 1 , 2 , 3 , 4 的一个极大

    24、线性无关组,且 2 =2 1 , 3 =3 1 , 4 =4 1 当 a=-10 时,对 A 作初等行变换,有 由于 2 , 3 , 4 为 1 , 2 , 3 , 4 的一个极大线性无关组,且 1 =- 2 - 3 - 4 ,所以 2 , 3 , 4 为向量组 1 , 2 , 3 , 4 的一个极大线性无关组,且 1 =- 2 - 3 - 4 (2)记 A=( 1 , 2 , 3 , 4 ),对 A 作初等行变换,有 当 a=0 时,秩 r(a)=1,因而 1 , 2 , 3 , 4 线性相关此时 1 是向量组 1 , 2 , 3 , 4 的一个极大线性无关组,且 2 =2 1 , 3 =3

    25、 1 , 4 =4 1 当 a0 时,对矩阵 B 作初等变换有 )解析:21.已知向量组() 1 , 2 , 3 ;() 1 , 2 , 3 , 4 ; () 1 , 2 , 3 , 5 ,如果它们的秩分别为 r()=r()=3,r()=4,求 r( 1 , 2 , 3 , 4 + 5 )(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:(1)由 r()=r()=3,知 1 , 2 , 3 线性无关, 1 , 2 , 3 , 4 线性相关,故 4 可由 1 , 2 , 3 线性表出设 4 =l 1 1 +l 2 2 +l 3 3 如果 4 + 5 能由 1 , 2 , 3 线性表出,设 4 + 5 =

    26、k 1 1 +k 2 2 +k 3 3 ,则 5 =(k 1 -l 1 ) 1 +(k 2 -l 2 ) 2 +(k 3 -l 3 ) 3 于是 5 可由 1 , 2 , 3 线性表出,即 1 , 2 , 3 , 5 线性相关,与已知 r()=4 相矛盾所以 4 + 5 不能用 1 , 2 , 3 线性表出,由秩的定义知 r( 1 , 2 , 3 , 4 + 5 )=4 (2)如果 x 1 1 +x 2 2 +x 3 3 +x 4 ( 4 + 5 )=0,把 4 =l 1 1 +l 2 2 +l 3 3 (理由同前,略) 代入有 (x 1 +l 1 x 4 ) 1 +(x 2 +l 2 x 4

    27、 ) 2 +(x 3 +l 3 x 4 ) 3 +x 4 5 =0 由 r()=4,知 1 , 2 , 3 , 5 线性无关,从而 (3)同前,设 4 =l 1 1 +l 2 2 +l 3 3 ,构造矩阵( 1 , 2 , 3 , 5 )作初等列变换 ( 1 , 2 , 3 , 5 ) ( 1 , 2 , 3 , 5 +l 1 1 +l 2 2 +l 3 3 ), 即( 1 , 2 , 3 , 5 ) )解析:解析:由于 r()=3,得 1 , 2 , 3 线性无关,那么向量组 1 , 2 , 3 , 4 + 5 的秩至少是 3,能否是 4?关键就看 4 + 5 能否用 1 , 2 , 3 线

    28、性表出,或者看向量组 1 , 2 , 3 , 4 + 5 是线性相关还是线性无关22.设 A 是 n 阶矩阵,证明 r(A * )= (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:若 r(A)=n,则A0,A 可逆,于是 A * =AA -1 可逆,故 r(A * )=n 若r(A)n-2,则 I A I 中所有 n-1 阶行列式全为 0,于是 A * =0,即 r(A * )=0 若 r(A)=n-1,则A=0,但存在 n-1 阶子式不为 0,因此 A * 0,r(A * )1,又因 AA * =AE=0, 有 r(A)+r(A * )n,即 r(A * )n-r(A)=1,从而 r(A * )

    29、=1)解析:23.设 A 是 mn 矩阵,B 是 ns 矩阵,证明 r(AB)r(B)(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:(1)设 AB=C,C 是 ms 矩阵,对 B,C 均按行分块,记为 用分块矩阵乘法,得 即向量组 1 , 2 , m 可由向量组 1 , 2 , n 线性表出,那么由定理有 r(AB)=r(C)=r( 1 , 2 , m )r( 1 , 2 , n )=r(B) (2)构造两个齐次线性方程组 ABx=0 ; Bx=0 , 其中 X=(x 1 ,x 2 ,x s ) T 由于方程组的解必是方程组的解,因此 r(的解向量)r(的解向量) 即 s-r(B)s-r(AB),

    30、从而 r(AB)r(B) (3)设 r(B)=r,化 B 为等价标准形即有可逆矩阵 P,Q,使 对 mn 矩阵 AP -1 分块为(C 1 ,C 2 ),其中 C 1 是 mr 矩阵,C 2 是 m(n-r)矩阵,则有 )解析:24.设 , 为 3 维列向量,矩阵 A= T + T ,其中 T , T 分别是 , 的转置,证明: ()秩 r(A)2; ()若 , 线性相关,则秩 r(A)2(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:1()利用 r(A+B)r(A)+r(B)和 r(AB)min(r(A),r(B),有 r(A)=r( T + T )r( T )+r( T )r()+r() 又 ,

    31、 均为 3 维列向量,则r()l,r()1故 r(A)2 ()当 , 线性相关时,不妨设 =ka,则 r(A)=r( T +k 2 T )=r(1+k 2 ) T =r( T )r()12 2()因为 , 均为 3 维列向量,故存在非零列向量 X 与, 均正交,即 T x=0, T x=0 从而 T x=0, T x=0,进而( T + T )x=0 即齐次方程组 Ax=0 有非 0 解,故 r(A)2 ()因为齐次方程组 T x=0 有 2 个线性无关的解,设为 1 , 2 ,那么 T 1 =0, T 2 =0 若 , 线性相关,不妨设 =k,那么 T 1 =(k) T 1 =k T 1 =

    32、0, T 2 =(k) T 2 =k T 2 =0 于是 A 1 =( T + T ) 1 =0, A 2 =( T + T ) 2 =0, 即 Ax=0 至少有 2 个线性无关的解,因此 n-r(A)2,即 r(A)12)解析:25.设 A 是 n 阶矩阵,A 2 =E,证明:r(A+E)+r(A-E)=n(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:由 A 2 =E,得 A 2 -E=0,即(A-E)(A+E)=0故 r(A-E)+r(A+E)n 又 r(A-E)+r(A+E)=r(E-A)+r(A+E) r(E-A)+(A+E)=r(2E)=r(E)=n, 所以 r(A-E)+r(A+E)=

    33、n)解析:26.已知 A 是 mn 矩阵,B 是 nP 矩阵,r(B)=n,AB=0,证明 A=0(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:(1)由 r(B)=n,知 B 的列向量中有 n 个是线性无关的,设为 1 , 2 , n 令 B 1 =( 1 , 2 , n ),它是 n 阶矩阵,其秩是 n,因此 B 1 可逆由 AB=0,知 AB 1 =0,那么右乘 B 1 -1 ,得 A=(AB 1 )B 1 -1 =OB 1 -1 =0 (2)由 AB=0 知 B=( 1 , 2 , P )的每一列都是齐次方程组 Ax=0 的解,因为 r(B)=n,故 Ax=0 至少有 n 个线性无关的解,但Ax=0 最多有 n-r(a)个线性无关的解,于是 nn-r(A) r(A)0,按秩的定义又有 r(A)0,所以r(A)=0,即 A=0 (3)对矩阵 B 按行分块,有 )解析:27.设 A 是 n 阶实对称矩阵,且 A 2 =0,证明 A=0(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:(1)因为 A T =A,A 2 =0,即 AA T =0,而 )解析:


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