1、考研数学三(线性代数)-试卷 14 及答案解析(总分:62.00,做题时间:90 分钟)一、选择题(总题数:12,分数:24.00)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.若 1 , 2 , 3 线性相关, 2 , 3 , 4 线性无关,则( )(分数:2.00)A. 1 可由 2 , 3 线性表示B. 4 可由 1 , 2 , 3 线性表示C. 4 可由 1 , 3 线性表示D. 4 可由 1 , 2 线性表示3.设向量组 1 , 2 , 3 , 4 线性无关,则向量组( )(分数:2.00)A. 1 + 2 , 2 + 3 , 3 + 4 ,
2、4 + 1 线性无关B. 1 一 2 , 2 一 3 , 3 一 4 , 4 一 1 线性无关C. 1 + 2 , 2 + 3 , 3 + 4 , 4 一 1 线性无关D. 1 + 2 , 2 + 3 , 3 一 4 , 4 一 1 线性无关4.向量组 1 , 2 , m 线性无关的充分必要条件是( )(分数:2.00)A.向量组 1 , 2 , m , 线性无关B.存在一组不全为零的常数 k 1 ,k 2 ,k m ,使得 k 1 1 +k 2 2 +k m m 0C.向量组 1 , 2 , m 的维数大于其个数D.向量组 1 , 2 , m 的任意一个部分向量组线性无关5.设向量组 1 ,
3、 2 , m 线性无关, 1 可由 1 , 2 , m 线性表示,但 2 不可由 1 , 2 , m 线性表示,则( )(分数:2.00)A. 1 , 2 , m 一 1 , 1 线性相关B. 1 , 2 , m 一 1 , 1 , 2 线性相关C. 1 , 2 , m , 1 + 2 线性相关D. 1 , 2 , m , 1 + 2 线性无关6.设 n 维列向量组 1 , 2 , m (mn)线性无关,则 n 维列向量组 1 , 2 , m 线性无关的充分必要条件是( )(分数:2.00)A.向量组 1 , 2 , m 可由向量组 1 , 2 , m 线性表示B.向量组 1 , 2 , m
4、可由向量组 1 , 2 , m 线性表示C.向量组 1 , 2 , m 与向量组 1 , 2 , m 等价D.矩阵 A=( 1 , 2 , m )与矩阵 B=( 1 , 2 , m )等价7.设 1 , 2 , 3 线性无关, 1 可由 1 , 2 , 3 线性表示, 2 不可由 1 , 2 , 3 线性表示,对任意的常数 k 有( )(分数:2.00)A. 1 , 2 , 3 ,k 1 + 2 线性无关B. 1 , 2 , 3 ,k m + 2 线性相关C. 1 , 2 , 3 , 1 +k 2 线性无关D. 1 , 2 , 3 , 1 +k 2 线性相关8.设 n 阶矩阵 A=( 1 ,
5、2 , n ),B=( 1 , 2 , n ),AB=( 1 , 2 , n ),记向量组 (): 1 , 2 , n ; (): 1 , 2 , n ; (): 1 , 2 , n ,若向量组()线性相关,则( )(分数:2.00)A.(),()都线性相关B.()线性相关C.()线性相关D.(),()至少有一个线性相关9.设向量组(): 1 , 2 , s 的秩为 r 1 ,向量组(): 1 , 2 , s 的秩为 r 2 ,且向量组()可由向量组()线性表示,则( )(分数:2.00)A. 1 + 1 , 2 + 2 , s + s 的秩为 r 1 +r 2B.向量组 1 一 1 , 2
6、一 2 , s 一 s 的秩为 r 1 一 r 2C.向量组 1 , s , 1 , 2 , s 的秩为 r 1 +r 2D.向量组 1 , s , 1 , 2 , s 的秩为 r 110.向量组 1 , s 线性无关的充要条件是( )(分数:2.00)A. 1 , s 都不是零向量B. 1 , s 中任意两个向量不成比例C. 1 , s 中任一向量都不可由其余向量线性表示D. 1 , s 中有一个部分向量组线性无关11.设 A 为 n 阶矩阵,且|A|=0,则 A( )(分数:2.00)A.必有一列元素全为零B.必有两行元素对应成比例C.必有一列是其余列向量的线性组合D.任一列都是其余列向量
7、的线性组合12.设 (分数:2.00)A.合同且相似B.相似但不合同C.合同但不相似D.既不相似又不合同二、填空题(总题数:4,分数:8.00)13.设 1 = 2 = 3 = (分数:2.00)填空项 1:_14.设向量组 1 , 2 , 3 线性无关,且 1 +a 2 +4 3 ,2 1 + 2 一 3 , 2 + 3 线性相关,则 a= 1(分数:2.00)填空项 1:_15.设 (分数:2.00)填空项 1:_填空项 1:_16.设 A=( 1 , 2 , 3 , 4 )为 4 阶方阵,且 AX=0 的通解为 X=k(1,1,2,一 3) T ,则 2 由 1 , 3 , 4 表示的表
8、达式为 1(分数:2.00)填空项 1:_三、解答题(总题数:15,分数:30.00)17.解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。_设 A,B 为 n 阶矩阵, (分数:4.00)(1).求 PQ;(分数:2.00)_(2).证明:当 P 可逆时,Q 也可逆(分数:2.00)_18.设 A 为 n 阶可逆矩阵,A 2 =|A|E证明:A=A * (分数:2.00)_19.设 A 为 N 阶矩阵,且 A 2 2A 一 8E=0证明:r(4E 一 A)+r(2E+A)=n(分数:2.00)_20.证明:若矩阵 A 可逆,则其逆矩阵必然唯一(分数:2.00)_21.设 A 是 mn 阶矩阵,
9、若 A T A=0,证明:A=0(分数:2.00)_22.设向量组 1 , 2 , 3 线性无关,证明: 1 + 2 + 3 , 1 +2 2 +3 3 , 1 +4 2 +9 3 线性无关(分数:2.00)_23.设 1 , m , 为 m+1 维向量,= 1 + m (m1)证明:若 1 , m 线性无关,则 一 1 , m 线性无关(分数:2.00)_24.设 1 , 2 , n (n2)线性无关,证明:当且仅当 n 为奇数时, 1 + 2 , 2 + 3 , n + 1 线性无关(分数:2.00)_25.设 1 , n 为 n 个 m 维向量,且 mn,证明: 1 , n 线性相关(分
10、数:2.00)_26.证明:若一个向量组中有一个部分向量组线性相关,则该向量组一定线性相关(分数:2.00)_27.n 维列向量组 1 , n 一 1 线性无关,且与非零向量 正交,证明: 1 , n 一 1 , 线性无关(分数:2.00)_28.设向量组 1 , n 为两两正交的非零向量组,证明: 1 , n 线性无关,举例说明逆命题不成立(分数:2.00)_29.设 A 为 nm 矩阵,B 为 mn 矩阵(mn),且 AB=E证明:B 的列向量组线性无关(分数:2.00)_30.设 1 , 2 , m , 1 , 2 , n 线性无关,而向量组 1 , 2 , m , 线性相关证明:向量
11、可由向量组 1 , 2 , m , 1 , 2 , n 线性表示(分数:2.00)_考研数学三(线性代数)-试卷 14 答案解析(总分:62.00,做题时间:90 分钟)一、选择题(总题数:12,分数:24.00)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.若 1 , 2 , 3 线性相关, 2 , 3 , 4 线性无关,则( )(分数:2.00)A. 1 可由 2 , 3 线性表示 B. 4 可由 1 , 2 , 3 线性表示C. 4 可由 1 , 3 线性表示D. 4 可由 1 , 2 线性表示解析:解析:因为 2 , 3 , 4 线性无关,
12、所以 2 , 3 线性无关,又因为 1 , 2 , 3 线性相关,所以 1 可由 2 , 3 线性表示,选(A)3.设向量组 1 , 2 , 3 , 4 线性无关,则向量组( )(分数:2.00)A. 1 + 2 , 2 + 3 , 3 + 4 , 4 + 1 线性无关B. 1 一 2 , 2 一 3 , 3 一 4 , 4 一 1 线性无关C. 1 + 2 , 2 + 3 , 3 + 4 , 4 一 1 线性无关 D. 1 + 2 , 2 + 3 , 3 一 4 , 4 一 1 线性无关解析:解析:因为一( 1 + 2 )+( 2 + 3 )一( 3 + 4 )+( 4 + 1 )=0, 所
13、以 1 + 2 , 2 + 3 , 3 + 4 , 4 + 1 线性相关; 因为( 1 一 2 )+( 2 一 3 )+( 3 一 4 )+( 4 一 1 )=0, 所以 1 一 2 , 2 一 3 , 3 一 4 , 4 一 1 线性相关; 因为( 1 + 2 )一( 2 + 3 )+( 3 一 4 )+( 4 一 1 )=0, 所以 1 + 2 , 2 + 3 , 3 一 4 , 4 一 1 线性相关,容易通过证明向量组线性无关的定义法得 1 + 2 , 2 + 3 , 3 + 4 , 4 一 1 线性无关,选(C)4.向量组 1 , 2 , m 线性无关的充分必要条件是( )(分数:2.
14、00)A.向量组 1 , 2 , m , 线性无关B.存在一组不全为零的常数 k 1 ,k 2 ,k m ,使得 k 1 1 +k 2 2 +k m m 0C.向量组 1 , 2 , m 的维数大于其个数D.向量组 1 , 2 , m 的任意一个部分向量组线性无关 解析:解析:(A)不对,因为 1 , m , 线性无关可以保证 1 , m 线性无关,但 1 , 2 , , m 线性无关不能保证 1 , 2 , m , 线性无关; (B)不对,因为 1 , 2 , m 线性无关可以保证对任意一组非零常数 k 1 ,k 2 ,k m ,有 k 1 1 +k 2 2 +k m m 0,但存在一组不全
15、为零的常数 k 1 ,k 2 ,k m 使得 k 1 1 +k 2 2 +k m m 0 不能保证 1 , 2 , m 线性无关; (C)不对,向量组 1 , 2 , m 线性无关不能得到其维数大于其个数,如 1 = , 2 = 5.设向量组 1 , 2 , m 线性无关, 1 可由 1 , 2 , m 线性表示,但 2 不可由 1 , 2 , m 线性表示,则( )(分数:2.00)A. 1 , 2 , m 一 1 , 1 线性相关B. 1 , 2 , m 一 1 , 1 , 2 线性相关C. 1 , 2 , m , 1 + 2 线性相关D. 1 , 2 , m , 1 + 2 线性无关 解
16、析:解析:(A)不对,因为 1 可由向量组 1 , 2 , m 线性表示,但不一定能被 1 , 2 , m 一 1 线性表示,所以 1 , 2 , m 一 1 , 1 不一定线性相关; (B)不对,因为 1 , 2 , m 一 1 , 1 不一定线性相关, 2 不一定可由 1 , 2 , m 一 1 , 1 线性表示,所以 1 , 2 , m 一 1 , 1 , 2 不一定线性相关; (C)不对,因为 2 不可由 1 , 2 , m 线性表示,而 1 可由 1 , 2 , m 线性表示,所以 1 + 2 不可由 1 , 2 , m 线性表示,于是 1 , 2 , m , 1 + 2 线性无关,
17、选(D)6.设 n 维列向量组 1 , 2 , m (mn)线性无关,则 n 维列向量组 1 , 2 , m 线性无关的充分必要条件是( )(分数:2.00)A.向量组 1 , 2 , m 可由向量组 1 , 2 , m 线性表示B.向量组 1 , 2 , m 可由向量组 1 , 2 , m 线性表示C.向量组 1 , 2 , m 与向量组 1 , 2 , m 等价D.矩阵 A=( 1 , 2 , m )与矩阵 B=( 1 , 2 , m )等价 解析:解析:因为 1 , 2 , m 线性无关,所以向量组 1 , 2 , m 的秩为 m,向量组 1 , 2 , m 线性无关的充分必要条件是其秩
18、为 m,所以选(D)7.设 1 , 2 , 3 线性无关, 1 可由 1 , 2 , 3 线性表示, 2 不可由 1 , 2 , 3 线性表示,对任意的常数 k 有( )(分数:2.00)A. 1 , 2 , 3 ,k 1 + 2 线性无关 B. 1 , 2 , 3 ,k m + 2 线性相关C. 1 , 2 , 3 , 1 +k 2 线性无关D. 1 , 2 , 3 , 1 +k 2 线性相关解析:解析:因为 1 可由 1 , 3 , m 线性表示, 2 不可由 1 , 3 线性表示,所以 k 1 ,+ 2 一定不可以由向量组 1 , 3 线性表示,所以 1 , 3 ,k 1 + 2 线性无
19、关,选(A)8.设 n 阶矩阵 A=( 1 , 2 , n ),B=( 1 , 2 , n ),AB=( 1 , 2 , n ),记向量组 (): 1 , 2 , n ; (): 1 , 2 , n ; (): 1 , 2 , n ,若向量组()线性相关,则( )(分数:2.00)A.(),()都线性相关B.()线性相关C.()线性相关D.(),()至少有一个线性相关 解析:解析:若 1 , 2 , n 线性无关, 1 , 2 , n 线性无关,则 r(A)=n,r(B)=n, 于是 r(AB)=n因为 1 , 2 , n 线性相关,所以 r(AB)=r( 1 , 2 , n )n, 故 1
20、, 2 , n 与 1 , 2 , n 至少有一个线性相关,选(D)9.设向量组(): 1 , 2 , s 的秩为 r 1 ,向量组(): 1 , 2 , s 的秩为 r 2 ,且向量组()可由向量组()线性表示,则( )(分数:2.00)A. 1 + 1 , 2 + 2 , s + s 的秩为 r 1 +r 2B.向量组 1 一 1 , 2 一 2 , s 一 s 的秩为 r 1 一 r 2C.向量组 1 , s , 1 , 2 , s 的秩为 r 1 +r 2D.向量组 1 , s , 1 , 2 , s 的秩为 r 1 解析:解析:因为向量组 1 , 2 , s 可由向量组 1 , 2
21、, s 线性表示,所以向量组 1 , 2 , s ,与向量组 1 , 2 , n , 1 , 2 , s 等价,选(D)10.向量组 1 , s 线性无关的充要条件是( )(分数:2.00)A. 1 , s 都不是零向量B. 1 , s 中任意两个向量不成比例C. 1 , s 中任一向量都不可由其余向量线性表示 D. 1 , s 中有一个部分向量组线性无关解析:解析:若向量组 1 , 2 , s 线性无关,则其中任一向量都不可由其余向量线性表示,反之,若 1 , 2 , s 中任一向量都不可由其余向量线性表示,则 1 , 2 , s 一定线性无关,因为若 1 , 2 , s 线性相关,则其中至
22、少有一个向量可由其余向量线性表示,故选(C)11.设 A 为 n 阶矩阵,且|A|=0,则 A( )(分数:2.00)A.必有一列元素全为零B.必有两行元素对应成比例C.必有一列是其余列向量的线性组合 D.任一列都是其余列向量的线性组合解析:解析:因为|A|=0,所以 r(A)n,从而 A 的 n 个列向量线性相关,于是其列向量中至少有一个向量可由其余向量线性表示,选(C)12.设 (分数:2.00)A.合同且相似B.相似但不合同C.合同但不相似 D.既不相似又不合同解析:解析:显然 A,B 都是实对称矩阵,由|E 一 A|=0,得 A 的特征值为 1 =1, 2 =2, 3 =9,由|E 一
23、 B|=0,得 B 的特征值为 1 =1, 3 = 3 =3,因为 A,B 惯性指数相等,但特征值不相同,所以 A,B 合同但不相似,选(C)二、填空题(总题数:4,分数:8.00)13.设 1 = 2 = 3 = (分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:*)解析:解析: 1 , 2 , 3 线性相关的充分必要条件是| 1 , 2 , 3 |= 14.设向量组 1 , 2 , 3 线性无关,且 1 +a 2 +4 3 ,2 1 + 2 一 3 , 2 + 3 线性相关,则 a= 1(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:5)解析:解析:( 1 +a 2 +4 3
24、 ,2 1 + 2 一 3 , 2 + 3 )=( 1 , 2 , 3 ) 因为 1 , 2 , 3 线性无关,而 1 +a 2 +4 3 ,2 1 +a 2 一 3 , 2 + 3 线性相关,所以 15.设 (分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:一 4)填空项 1:_ (正确答案:一 13)解析:解析:因为 , 正交,所以16.设 A=( 1 , 2 , 3 , 4 )为 4 阶方阵,且 AX=0 的通解为 X=k(1,1,2,一 3) T ,则 2 由 1 , 3 , 4 表示的表达式为 1(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:一 1 一 2 3 +3
25、4 )解析:解析:因为(1,1,2,一 3) T 为 AX=0 的解,所以 1 + 2 +2 3 一 3 4 =0,故 2 =一 1 一 2 3 +3 4 三、解答题(总题数:15,分数:30.00)17.解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。_解析:设 A,B 为 n 阶矩阵, (分数:4.00)(1).求 PQ;(分数:2.00)_正确答案:(正确答案: )解析:(2).证明:当 P 可逆时,Q 也可逆(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:因为|P|=|A|B|,所以当 P 可逆时,A|B|0,而 PQ=|A|B|E,即 =E,于是 Q 可逆且 Q 1 = )解析:18.设 A
26、 为 n 阶可逆矩阵,A 2 =|A|E证明:A=A * (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:因为 AA * =|A|E,又已知 A 2 =|A|E,所以 AA * =A 2 ,而 A 可逆,故 A=A * )解析:19.设 A 为 N 阶矩阵,且 A 2 2A 一 8E=0证明:r(4E 一 A)+r(2E+A)=n(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:由 A 2 2A 一 8E=0 得(4E 一 A)(2E+A)=0,根据矩阵秩的性质得 r(4E 一 A)+r(2E+A)n,又 r(4E 一 A)+r(2E+A)r(4EA)+(2E+A)=r(6E)=n,所以有 r(4E 一 A
27、)+r(2E+A)=n)解析:20.证明:若矩阵 A 可逆,则其逆矩阵必然唯一(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:设存在可逆阵 B,C,使得 ABACE,于是 A(B 一 C)一 0,故 r(A)+r(B 一 C)n,因为 A 可逆,所以 r(A)=n,从而 r(B 一 C)=0,B 一 C=0,于是 B=C,即 A 的逆矩阵是唯一的)解析:21.设 A 是 mn 阶矩阵,若 A T A=0,证明:A=0(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:因为 r(A)=r(A T A),而 A T A=0,所以 r(A)=0,于是 A=0)解析:22.设向量组 1 , 2 , 3 线性无关,证明
28、: 1 + 2 + 3 , 1 +2 2 +3 3 , 1 +4 2 +9 3 线性无关(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:令 k 1 ( 1 + 2 + 3 )+k 2 ( 1 +2 2 +3 3 )+k 3 ( 1 +4 2 +9 3 )=0,即(k 1 +k 2 +k 3 ) 1 +(k 1 +2k 2 +4k 3 ) 1 +(k 1 +3k 2 +9k 3 ) 3 =0, 因为 1 , 2 , 3 线性无关,所以有 而 )解析:23.设 1 , m , 为 m+1 维向量,= 1 + m (m1)证明:若 1 , m 线性无关,则 一 1 , m 线性无关(分数:2.00)_正确
29、答案:(正确答案:令 k 1 ( 一 1 )+k m ( 一 m )=0,即 k 1 ( 2 + 3 + m )+k m ( 1 + 2 + m 一 1 )=0 或(k 2 +k 3 +k m ) 1 +(k 1 +k 3 +k m ) 2 +(k 1 +k 2 +k m 一 1 ) m =0,因为 1 , m 线性无关,所以 因为 )解析:24.设 1 , 2 , n (n2)线性无关,证明:当且仅当 n 为奇数时, 1 + 2 , 2 + 3 , n + 1 线性无关(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:设有 x 1 ,x 2 ,x n ,使 x 1 ( 1 + 2 )+x 2 ( 2
30、 + 3 )+x n ( n + 1 )=0,即 (x 1 +x n ) 1 +(x 1 +x 2 ) 2 +(x n 一 1 +x n ) n =0, 因为 1 , 2 , n 线性无关,所以有 该方程组系数行列式 D n =1+(一 1) n+1 ,n 为奇数 D n 0 x 1 =x n =0 )解析:25.设 1 , n 为 n 个 m 维向量,且 mn,证明: 1 , n 线性相关(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:向量组 1 , n 线性相关的充分必要条件是方程组 x 1 1 +x n n =0 有非零解,因为方程组 x 1 1 +x n n =0 中变量有 n 个,约束条件
31、最多有 m 个且 mn,所以方程组 x 1 1 +x n n =0 一定有自由变量,即方程组有非零解,故向量组 1 , n 线性相关)解析:26.证明:若一个向量组中有一个部分向量组线性相关,则该向量组一定线性相关(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:设 1 , n 为一个向量组,且 1 , r (rn)线性相关,则存在不全为零的常数 k 1 ,k r ,使得 k 1 1 +k r r =0,于是 k 1 1 +k r r +0 r+1 +0 n =0,因为 k 1 ,k r ,0,0 不全为零,所以 1 , n 线性相关)解析:27.n 维列向量组 1 , n 一 1 线性无关,且与非零
32、向量 正交,证明: 1 , n 一 1 , 线性无关(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:令 k 0 +k 1 1 +k n 一 1 n 一 1 =0,由 1 , n 一 1 与非零向量 正交及(,k 0 +k 1 1 +k n 一 1 n 一 1 )=0 得 k 0 (,)=0,因为 为非零向量,所以(,)=| 2 0,于是 k 0 =0,故 k 1 1 +k n 一 1 n 一 1 =0,由 1 , n 一 1 线性无关得 k 1 =k n 一 1 =0,于是 1 , n 一 1 , 线性无关)解析:28.设向量组 1 , n 为两两正交的非零向量组,证明: 1 , n 线性无关,举例
33、说明逆命题不成立(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:令 k 1 1 +k n n =0,由 1 , n 两两正交及( 1 ,k 1 1 +k n n )=0,得 k 1 ( 1 , 1 )=0,而( 1 , 1 )=| 1 | 2 0,于是 k 1 =0,同理可证k 2 =k 1 =0, 故 1 , n 线性无关令 1 = , 2 = )解析:29.设 A 为 nm 矩阵,B 为 mn 矩阵(mn),且 AB=E证明:B 的列向量组线性无关(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:首先 r(B)minm,n=n,由 AB=E 得 r(AB)=n,而 r(AB)r(B),所以 r(B)n,从而 r(B)=n,于是 B 的列向量组线性无关)解析:30.设 1 , 2 , m , 1 , 2 , n 线性无关,而向量组 1 , 2 , m , 线性相关证明:向量 可由向量组 1 , 2 , m , 1 , 2 , n 线性表示(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:因为向量