【考研类试卷】考研数学二(矩阵的特征值和特征向量)-试卷6及答案解析.doc
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1、考研数学二(矩阵的特征值和特征向量)-试卷 6及答案解析(总分:80.00,做题时间:90 分钟)一、选择题(总题数:13,分数:26.00)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是 3阶矩阵,r(A)=1,则 =0( )(分数:2.00)A.必是 A的二重特征值B.至少是 A的二重特征值C.至多是 A的二重特征值D.一重、二重、三重特征值都有可能3.设 =2 是非奇异矩阵 A的一个特征值,则矩阵 (分数:2.00)A.B.C.D.4.3阶矩阵 A的特征值全为零,则必有( )(分数:2.00)A.秩 r(A)=0B.秩 r(A)=1C.秩
2、 r(A)=2D.条件不足,不能确定5.设 n阶矩阵 A与 B相似,E 为 n阶单位矩阵,则( )(分数:2.00)A.EA=EBB.A与 B有相同的特征值和特征向量C.A和 B都相似于一个对角矩阵D.对任意常数 t,tE 一 A与 tE一 B相似6.n阶矩阵 A和 B具有相同的特征值是 A和 B相似的( )(分数:2.00)A.充分必要条件B.必要而非充分条件C.充分而非必要条件D.既非充分也非必要条件7.设 A是 n阶实对称矩阵,P 是 n阶可逆矩阵,已知 n维列向量 是 A的属于特征值 的特征向量,则矩阵(P 一 1 AP) T 属于特征值 的特征向量是( )(分数:2.00)A.P 一
3、 1 B.P T C.PD.(P 一 1 ) T 8.n阶矩阵 A具有 n个线性无关的特征向量是 A与对角矩阵相似的( )(分数:2.00)A.充分必要条件B.充分而非必要条件C.必要而非充分条件D.既非充分也非必要条件9.n阶矩阵 A和 B具有相同的特征向量是 A和 B相似的( )(分数:2.00)A.充分必要条件B.充分而非必要条件C.必要而非充分条件D.既非充分又非必要条件10.设三阶矩阵 A的特征值是 0,1,一 1,则下列命题中不正确的是( )(分数:2.00)A.矩阵 AE是不可逆矩阵B.矩阵 A+E和对角矩阵相似C.矩阵 A属于 1与一 1的特征向量相互正交D.方程组 Ax=0的
4、基础解系由一个向量构成11.已知 A是一个 3阶实对称正定的矩阵,那么 A的特征值可能是( )(分数:2.00)A.3,i,一 1B.2,一 1,3C.2,i,4D.1,3,412.下列矩阵中,不能相似对角化的矩阵是( )(分数:2.00)A.B.C.D.13.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( )(分数:2.00)A. 1 0B. 2 0C. 1 =0D. 2 =0二、填空题(总题数:7,分数:14.00)14.设 (分数:2.00)填空项 1:_15.已知 =12 是 (分数:2.00)
5、填空项 1:_16.设 A是 3阶矩阵,如果矩阵 A的每行元素的和都是 2,则矩阵 A必定有特征向且 1.(分数:2.00)填空项 1:_17.设 =(1,一 l,a) T ,=(1,a,2) T ,A=E+ T ,且 =3 是矩阵 A的特征值,则矩阵 A属于特征值 =3 的特征向量是 1.(分数:2.00)填空项 1:_18.已知矩阵 (分数:2.00)填空项 1:_19.已知矩阵 (分数:2.00)填空项 1:_20.已知矩阵 (分数:2.00)填空项 1:_三、解答题(总题数:18,分数:40.00)21.解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。_22.设矩阵 (分数:2.00)_
6、23.已知 (分数:2.00)_24.已知矩阵 A与 B相似,其中 (分数:2.00)_25.设矩阵 (分数:2.00)_26.已知 (分数:2.00)_27.已知 (分数:2.00)_28.设矩阵 (分数:2.00)_29.设 3阶实对称矩阵 A的秩为 2, 1 = 2 =6是 A的二重特征值,若 1 =(1,1,0) T , 2 =(2,1,1) T , 3 =(一 1,2,一 3) T 都是 A属于 =6 的特征向量,求矩阵 A(分数:2.00)_30.证明:已知 1 , 2 , 3 是 A的特征值, 1 , 2 , 3 是相应的特征向量且线性无关,如 1 + 2 + 3 仍是 A的特征
7、向量,则 1 = 2 = 3 (分数:2.00)_31.设 3阶对称阵 A的特征值为 1 =6, 2 = 3 =3,其中与特征值 1 =6对应的特征向量为 p 1 =(1,1,1) T ,求 A(分数:2.00)_已知非齐次线性方程组 (分数:4.00)(1).证明方程组系数矩阵 A的秩 r(A)=2;(分数:2.00)_(2).求 a,b 的值及方程组的通解(分数:2.00)_32.三阶实对称矩阵的三个特征值为 1 =6, 2 = 3 =3,对应于 2 = 3 =3的特征向量为 (分数:2.00)_33.设 3阶实对称矩阵 A的特征值 1 =1, 2 =2, 3 =一 2, 1 =(1,一
8、1,1) T 是 A的属于特征值 1 的一个特征向量,记 B=A 5 一 4A 3 +E,其中 E为 3阶单位矩阵 (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; (2)求矩阵 B(分数:2.00)_A为 3阶实对称矩阵,A 的秩为 2,且 (分数:4.00)(1).求 A的所有特征值与特征向量;(分数:2.00)_(2).求矩阵 A(分数:2.00)_34.设 A为正交阵,且A=一 1,证明 =一 1是 A的特征值(分数:2.00)_35.已知 3阶矩阵 A的特征值为 1,2,一 3,求A * +3A+2E(分数:2.00)_已知 (分数:4.00)(1).求参数 a
9、,b 及特征向量 p所对应的特征值;(分数:2.00)_(2).问 A能否相似对角化,并说明理由(分数:2.00)_考研数学二(矩阵的特征值和特征向量)-试卷 6答案解析(总分:80.00,做题时间:90 分钟)一、选择题(总题数:13,分数:26.00)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是 3阶矩阵,r(A)=1,则 =0( )(分数:2.00)A.必是 A的二重特征值B.至少是 A的二重特征值 C.至多是 A的二重特征值D.一重、二重、三重特征值都有可能解析:解析:A 的对应 的线性无关特征向量的个数特征值的重数r(A 33
10、 )=1,即 r(0E-A)=1,(0EA)x=0 必有两个线性无关特征向量故 =0 的重数2至少是二重特征值,也可能是三重例如 3.设 =2 是非奇异矩阵 A的一个特征值,则矩阵 (分数:2.00)A.B. C.D.解析:解析:因为 为 A的非零特征值,所以 2 为 A 2 的特征值, 为(A 2 ) 一 1 的特征值。因此 的特征值为 4.3阶矩阵 A的特征值全为零,则必有( )(分数:2.00)A.秩 r(A)=0B.秩 r(A)=1C.秩 r(A)=2D.条件不足,不能确定 解析:解析:本题考查下列矩阵5.设 n阶矩阵 A与 B相似,E 为 n阶单位矩阵,则( )(分数:2.00)A.
11、EA=EBB.A与 B有相同的特征值和特征向量C.A和 B都相似于一个对角矩阵D.对任意常数 t,tE 一 A与 tE一 B相似 解析:解析:因为由 A与 B相似不能推得 A=B,所以选项 A不正确相似矩阵具有相同的特征多项式,从而有相同的特征值,但不一定具有相同的特征向量,故选项 B也不正确对于选项 C,因为根据题设不能推知 A,B 是否相似于对角阵,故选项 C也不正确 综上可知选项 D E确事实上,因 A与 B相似,故存在可逆矩阵 P,使 P 一 1 AP=B于是 P 一 1 (tE一 A)P=tEP 一 1 AP=tEB可见对任意常数 t,矩阵 tE一 A与 tE一 B相似所以应选 D6
12、.n阶矩阵 A和 B具有相同的特征值是 A和 B相似的( )(分数:2.00)A.充分必要条件B.必要而非充分条件 C.充分而非必要条件D.既非充分也非必要条件解析:解析:由 A一 B,即存在可逆矩阵 P,使 P 一 1 AP=B,故E 一 B=E 一 P 一 1 AP=P 一 1 (E 一 A)P=P 一 1 E 一 AP=E 一 A,即 A与 B有相同的特征值但当 A,B 有相同特征值时,A 与 B不一定相似,虽然 A,B 有相同的特征值 1 = 2 =0,但由于 r(A)r(B),A,B 不可能相似所以,相似的必要条件是 A,B 有相同的特征值所以应选 B7.设 A是 n阶实对称矩阵,P
13、 是 n阶可逆矩阵,已知 n维列向量 是 A的属于特征值 的特征向量,则矩阵(P 一 1 AP) T 属于特征值 的特征向量是( )(分数:2.00)A.P 一 1 B.P T C.PD.(P 一 1 ) T 解析:解析:设 是矩阵(P 一 1 AP) 一 1 属于 的特征向量,并考虑到 A为实对称矩阵 A T =A,有(P 一 1 AP) T =,即 P T A(P 一 1 )=把四个选项中的向量逐一代入上式替换 ,同时考虑到A=,可得选项 B正确,即左端=P T A(P 一 1 ) T (P T )=P T =P T =P T =右端所以应选 B8.n阶矩阵 A具有 n个线性无关的特征向量
14、是 A与对角矩阵相似的( )(分数:2.00)A.充分必要条件 B.充分而非必要条件C.必要而非充分条件D.既非充分也非必要条件解析:解析:若 ,则有可逆矩阵 P使 P 一 1 AP=AP=A,或 AP=PA令 P=( 1 , 2 , n ),即 从而有 A i = i i ,i=1,2,n由 P可逆,即有 i 0,且 1 , 2 , n 线性无关根据定义可知 1 , 2 , n 是 A的 n个线性无关的特征向量反之,若 A有 n个线性无关的特征向量 1 , 2 n ,且满足 A i = i i ,i=1,2,n那么,用分块矩阵有 9.n阶矩阵 A和 B具有相同的特征向量是 A和 B相似的(
15、)(分数:2.00)A.充分必要条件B.充分而非必要条件C.必要而非充分条件D.既非充分又非必要条件 解析:解析:根据相似矩阵的定义,由 AB 可知,存在可逆矩阵 P使 P 一 1 AP=B:若A=,0,有 B(P 一 1 )=(P 一 1 AP)(P 一 1 )=P 一 1 A=(P 一 1 ),即 是 A的特征向量,P 一 1 是 B的特征向量,即矩阵 A与 B的特征向量不同相反地,若矩阵 A与 B有相同的特征向量,且它们属于不同的特征值,即 A=,B=,因为矩阵 A与 B的特征值不同,所以矩阵 A和 B不可能相似所以矩阵 A与 B有相同的特征向量对于 AB 来说是既非充分又非必要,故选
16、D10.设三阶矩阵 A的特征值是 0,1,一 1,则下列命题中不正确的是( )(分数:2.00)A.矩阵 AE是不可逆矩阵B.矩阵 A+E和对角矩阵相似C.矩阵 A属于 1与一 1的特征向量相互正交 D.方程组 Ax=0的基础解系由一个向量构成解析:解析:因为矩阵 A的特征值是 0,1,一 1,所以矩阵 AE的特征值是一 1,0,一 2由于 =0 是矩阵 AE的特征值,所以 A一 E不可逆故命题 A正确因为矩阵 A+E的特征值是 1,2,0,矩阵 A+E有三个不同的特征值,所以 A+E可以相似对角化命题 B正确(或由 A一 AA+EA+E 而知 A+E可相似对角化)因为矩阵 A有三个不同的特征
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