【考研类试卷】考研数学一-线性代数矩阵的特征值和特征向量(一)及答案解析.doc
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1、考研数学一-线性代数矩阵的特征值和特征向量(一)及答案解析(总分:100.00,做题时间:90 分钟)一、B填空题/B(总题数:9,分数:15.00)1.设 A为 n阶矩阵,A0,A *为 A的伴随矩阵,E 为 n阶单位矩阵若 A有特征值 ,则(A *)2+E必有特征值是_(分数:2.00)填空项 1:_2.设 n阶矩阵 A的元素全为 1,则 A的 n个特征值是_(分数:2.00)填空项 1:_3.设 A为 2阶矩阵, 1, 2为线性无关的 2维向量,A 1=0,A 2=2 1+ 2,则 A的非零特征值为_(分数:2.00)4.若 3维列向量 , 满足 T=2,其中 T为 的转置,则矩阵 T的
2、非零特征值为_.(分数:2.00)5.设 1=(1,2,0) T和 2=(1,0,1) T都是方阵 A的对应于特征值 2的特征向量,又 =(-1,2-2) T,则 A= 1(分数:2.00)填空项 1:_6.设 1、 2为 n阶实对称矩阵 A的两个不同特征值,X 1为对应于 1的一个单位特征向量,则矩阵 B=(分数:2.00)填空项 1:_7.设 4阶矩阵 A与 B相似,矩阵 A的特征值为 (分数:1.00)填空项 1:_8.设 3阶矩阵 A的特征值为 ,则行列式 (分数:1.00)填空项 1:_9.设向量 =(1,0,-1) T,矩阵 A= T,a 为常数,n 为正整数,则行列式aE-A n
3、= 1(分数:1.00)填空项 1:_二、B选择题/B(总题数:8,分数:16.00)10.设 1, 2是矩阵 A的两个不同的特征值,对应的特征向量分别为 1, 2,则 1,A( 1+ 2)线性无关的充分必要条件是_ A. 10 B. 20 C. 1=0 D. 2=0(分数:2.00)A.B.C.D.11.设 A为 4阶实对称矩阵,且 A2+A=O若 A的秩为 3,则 A相似于_ABCD (分数:2.00)A.B.C.D.12.矩阵 与 (分数:2.00)A.B.C.D.13.与矩阵 相似的矩阵是_ A B C D (分数:2.00)A.B.C.D.14.n阶方阵 A有 n个两两不同特征值是
4、A与对角矩阵相似的_ A.充分必要条件 B.充分而非必要的条件 C.必要而非充分条件 D.既非充分也非必要条件(分数:2.00)A.B.C.D.15.设 A、B 为同阶方阵,则 A与 B相似的充分条件是_ A.秩(A)=秩(B) B.A=B C.A、B 有相同的特征多项式 D.A、B 有相同的特征值 1, 2, n且 1, 2, n两两不同(分数:2.00)A.B.C.D.16.设 n阶矩阵 A与 B相似,E 为 n阶单位矩阵,则_ A.E-A=E-B B.A和 B有相同的特征值和特征向量 C.A和 B都相似于同一个对角矩阵 D.对任意常数 t,tE-A 与 tE-B都相似(分数:2.00)A
5、.B.C.D.17.设 A为 n阶可逆矩阵 A的一个特征根,则 A的伴随矩阵 A*的特征根之一是_ A. -1A B. -1A C.A D.A(分数:2.00)A.B.C.D.三、B解答题/B(总题数:9,分数:69.00)已知矩阵与 (分数:6.00)(1).求 x与 y;(分数:3.00)_(2).求一个满足 P-1AP=B的可逆矩阵 P(分数:3.00)_假设 为 n阶可逆矩阵 A的一个特征值,证明:(分数:6.00)(1). (分数:3.00)_(2). (分数:3.00)_设 3阶矩阵 A的特征值为 1=1, 2=2, 3=3,对应的特征向量依次为 又向量 (分数:9.00)(1).
6、将 用 1, 2, 3线性表出(分数:3.00)_(2).求 An(n 为自然数)(分数:3.00)_(3).设 3阶实对称矩阵 A的特征值为 1=-1, 2= 3=1,对应于 1的特征向量为 1=(0,1,1) T,求A(分数:3.00)_已知 是矩阵 (分数:9.00)(1).试确定参数 a、b 及特征向量 所对应的特征值;(分数:3.00)_(2).问 A能否相似于对角阵?说明理由(分数:3.00)_(3).设矩阵(分数:3.00)_某试验性生产线每年一月份进行熟练工与非熟练工的人数统计,然后将 熟练工支援其它生产部门,其缺额由招收新的非熟练工补齐新、老非熟练工经过培训及实践至年终考核有
7、 成为熟练工设第 n年一月份统计的熟练工和非熟练工所占百分比分别为 xn和 yn,记成向量 (分数:9.00)(1).求 与 的关系式并写成矩阵形式: (分数:3.00)_(2).验证 (分数:3.00)_(3).当 ,求 (分数:3.00)_设 A,B 为同阶方阵,(分数:12.00)(1).如果 A,B 相似,试证 A,B 的特征多项式相等(分数:3.00)_(2).举一个二阶方阵的例子说明逆命题不成立(分数:3.00)_(3).当 A,B 均为实对称矩阵时,试证逆命题成立(分数:3.00)_(4).设矩阵(分数:3.00)_设矩阵 (分数:6.00)_设 3阶实对称矩阵 A的各行元素之和
8、均为 3,向量 1=(-1,2,-1)T, 2=(0,-1,1) T是线性方程组 Ax=0的两个解(分数:6.00)(1).求 A的特征值与特征向量;(分数:3.00)_(2).求正交矩阵 Q和对角矩阵 A,使得 TAQ=A(分数:3.00)_设 3阶实对称矩阵 A的特征值 1=1, 2=2, 3=-2,且 1=(1,-1,1) T是 A的属于 1的一个特征向量记 B=A5-4A3+E,其中 E为 3阶单位矩阵(分数:6.00)(1).验证 1是矩阵 B的特征向量,并求 B的全部特征值与特征向量;(分数:3.00)_(2).求矩阵 B(分数:3.00)_考研数学一-线性代数矩阵的特征值和特征向
9、量(一)答案解析(总分:100.00,做题时间:90 分钟)一、B填空题/B(总题数:9,分数:15.00)1.设 A为 n阶矩阵,A0,A *为 A的伴随矩阵,E 为 n阶单位矩阵若 A有特征值 ,则(A *)2+E必有特征值是_(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:*)解析:解 因 为 A的特征值,故存在非零列向量 X,使AX=X两端左乘 A*并利用 A*A=AE,得AX=A *X因为 A可逆,故 0,两端同乘*,得*两端左乘 A*,得*两端同加 X,得*由定义即知*为(A *)2+E的一个特征值本题主要考查特征值和特征向量的定义与性质如果可逆方阵 A有特征值 ,则*为 A-1的特
10、征值,*为 A*的特征值,这是常常用到的一个性质如果 为方阵 B的特征值,f(B)为 B的多项式,则 f()为f(B)的特征值这些结论都可以利用特征值和特征向量的定义推出来更进一步,有:如果 1, 2, n为 n阶方阵 B的全部特征值,则 f( 1),f( 2),f( n)为方阵 f(B)的全部特征值利用这些结论,就很容易写出本题答案来:令多项式 f(x)=x2+1,则(A *)2+E=f(A*)因为 A*有特征值*,故 f(A*)有特征值*2.设 n阶矩阵 A的元素全为 1,则 A的 n个特征值是_(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案: 1=n, 2= 3= = n=0)解析:解 由
11、*=(-n) n-1=0即得 A的特征值为 1=n, 2= 3= = n=0本题考查特征值的概念及简单”阶行列式的计算做本题时,可以只计算 n=2(或 n=3)的情形,并由此类推出 n阶的情形3.设 A为 2阶矩阵, 1, 2为线性无关的 2维向量,A 1=0,A 2=2 1+ 2,则 A的非零特征值为_(分数:2.00)解析:解 1 由 1, 2线性无关,知 2 1+ 20,又由已知条件知 A(2 1+ 2)=2A 1+A 2=0+2 1+ 2=2 1+ 2=1(2 1+ 2),于是由定义知 =1 为 A的一个特征值且 2 1+ 2为对应的一个特征向量解 2 由条件知方阵 P= 1, 2可逆
12、,且AP=A 1, 2=A 1,A 2=0,2 1+ 2*,两端左乘 P-1,得*,即 A与 D相似,因为相似矩阵有相同的特征值,而容易求得 D的特征值为0,1因此 A的非零特征值为 1本题综合考查线性无关、特征值与特征向量的基本概念注意本题解 1没有涉及到方阵 A的阶数及向量 1, 2的维数,而解 2用到 1, 2为方阵、即 1, 2为 2维列向量的条件,因此解 1更具一般性4.若 3维列向量 , 满足 T=2,其中 T为 的转置,则矩阵 T的非零特征值为_.(分数:2.00)解析:解 1 由于 T=2,故 0,且有( T)=( T)=2,于是由特征值与特征向量的定义,知 2为方阵 T的一个
13、特征值且 为对应的一个特征向量下面还可证明方阵 T只有一个非零特征值首先可证方阵 T的秩为 1:由 T0 知 r( T)1,又由 r( T)r()=1,知 r( T)=1,故 0为 T的特征值其次可证 0为 T的 2重特征值:由于齐次线性方程组(0- T)x=0的基础解系所含向量的个数即方阵 T的属于特征值 0的线性无关特征向量的个数=3-r( T)=3-1=2,所以 0至少是 T的 2重特征值,但不会是 3重特征值(否则 T=0)既然 3阶方阵 T有 2重特征值 0,因此其非零特征值就只能有一个解 2 同解 1可证 3阶方阵 T的特征值为 1= 2=0, 30设 =(a 1,a 2,a 3)
14、T,=(b 1,b 2,b 3)T,则*利用方阵所有特征值之和等于方阵主对角元之和,得方阵 T的非零特征值为 3=0+0+ 3=b1a1+b2a2+b3a3= T= T=2解 3 同解 2,具体写出矩阵 A= T,下面利用定义求 A的特征值由于 0,0,不妨设a1b10*由此得 A的特征值为 1= 2=0,*,故 A的非零特征值为 2本题主要考查矩阵的运算、特征值与特征向量的定义与性质当然,作为填空题,在求出 A的一个非零特征值之后,即可完成本题,因此本题解 1最为简单5.设 1=(1,2,0) T和 2=(1,0,1) T都是方阵 A的对应于特征值 2的特征向量,又 =(-1,2-2) T,
15、则 A= 1(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:A=2=(-2,4,-4) T)解析:= 1-2 2也是 A的属于特征值 2的特征向量,故 A=2=(-2,4,-4) T6.设 1、 2为 n阶实对称矩阵 A的两个不同特征值,X 1为对应于 1的一个单位特征向量,则矩阵 B=(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:0, 2)解析:设 X2是 A的属于 2的一个特征向量,则 BX1=AX1-*= 1X1- 1X1=0=0X1,BX 2=AX2-*=AX2- 1X10=AX2= 2X2故 B有特征值 0和 27.设 4阶矩阵 A与 B相似,矩阵 A的特征值为 (分数:1.00)填空
16、项 1:_ (正确答案:24)解析:B 的特征值为*,B -1的特征值为 2,3,4,5,B -1-E的特征值为 1,2,3,4,方阵的全部特征值的乘积等于方阵的行列式,故B -1-E=1234=248.设 3阶矩阵 A的特征值为 ,则行列式 (分数:1.00)填空项 1:_ (正确答案:1620)解析:A=*,A *=AA -1=*,*+12A *-E=2(A-1)2+A-1-E=f(A-1),其中 f(x)=2x2+x-1,A -1的特征值为:2,2,3,故 f(A-1)的特征值为:f(2)=9,f(2)=9,f(3)=20,故f(A -1)=9920=16209.设向量 =(1,0,-1
17、) T,矩阵 A= T,a 为常数,n 为正整数,则行列式aE-A n= 1(分数:1.00)填空项 1:_ (正确答案:a 2(a-2n))解析:实对称矩阵 A的特征值为 0,0,2,故存在可逆矩阵 P,使*P -1(aE-An)P=aE-P-1AnP=aE-(P-1AP)n=*,两端取行列式,得aE-A n=a 2(a-2n)二、B选择题/B(总题数:8,分数:16.00)10.设 1, 2是矩阵 A的两个不同的特征值,对应的特征向量分别为 1, 2,则 1,A( 1+ 2)线性无关的充分必要条件是_ A. 10 B. 20 C. 1=0 D. 2=0(分数:2.00)A.B. C.D.解
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