[考研类试卷]考研数学二(特征向量与特征值、相似、对角化)模拟试卷2及答案与解析.doc
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1、考研数学二(特征向量与特征值、相似、对角化)模拟试卷 2 及答案与解析一、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。1 下列矩阵中不能相似对角化的是(A)(B)(C)(D)2 设 A 是 n 阶非零矩阵,A m0,下列命题中不一定正确的是(A)A 的特征值只有零(B) A 必不能对角化(C) EAA 2A m-1 必可逆(D)A 只有一个线性无关的特征向量3 设 A 是 n 阶非零矩阵,E 是 n 阶单位矩阵,若 A30,则( )(A)E A 不可逆,E A 不可逆(B) EA 不可逆,EA 可逆(C) EA 可逆,EA 可逆(D)E A 可逆,E A 不可逆4 是 4 阶实对
2、称矩阵,A 22A0,r(A)3,则 A 相似于( )(A)(B)(C)(D)二、填空题5 设 A 是 3 阶实对称矩阵,特征值是 0,1,2如果 1(1,2,1) T 与2 (1,1, 1)T 分别是 0 与 1 的特征向量,则 2 的特征向量是_6 已知 A 和 B 相似,则 _,y_7 已知矩阵 A 有两个线性无关的特征向量,则 a_8 设 3 阶矩阵 A 的特征值为 2,3,如果2A48,则 _9 A 是 3 阶矩阵,特征值为 1,2,2则4A -1E_10 A 是 3 阶矩阵,它的特征值互不相等,并且 A0,则 r(A)_三、解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。11 计算1
3、2 已知 n 阶矩阵 A 满足 A3E (1)证明 A22A 3E 可逆 (2)证明 A2A2E可逆13 设 ,BU -1A*U求 B2E 的特征值和特征向量14 证明 3 阶矩阵 相似15 已知 3 阶矩阵 A 有一个二重特征值,求 a,并讨论 A 是否相似于对角矩阵16 设 A 为 3 阶矩阵, 1, 2, 3 是线性的无关 3 维列向量组,满足 A1 12 22 3,A 22 1 22 3,A 32 12 2 3 (1)求 A 的特征值 (2)判断 A 是否相似于对角矩阵 ?17 A ,求 A 的特征值判断 a, b 取什么值时 A 相似于对角矩阵?18 已知 (1)求 ,y (2)求作
4、可逆矩阵 U,使得 U-1AUB19 设 A (1)问 k 为何值时 A 可相似对角化? (2)此时作可逆矩阵 U,使得 U-1AU 是对角矩阵20 设 n 阶矩阵 A (1)求 A 的特征值和特征向量 (2)求作可逆矩阵 P,使得 P-1AP 是对角矩阵21 已知 A ,a 是一个实数 (1)求作可逆矩阵 u,使得 U-1AU 是对角矩阵 (2)计算A E22 设 A 为 3 阶矩阵, 1, 2, 3 是线性无关的 3 维列向量组,满足 Aa1 1 2 3,Aa 22 2 3,Aa 32 23 3 (1)求作矩阵 B,使得A(1, 2, 3)( 1, 2, 3)B (2) 求 A 的特征值
5、(3)求作可逆矩阵 P,使得 P-1AP 为对角矩阵23 已知 n 阶矩阵 A 满足(AaE)(AbE)0,其中 ab,证明 A 可对角化24 A 是 n 阶矩阵,数 ab证明下面 3 个断言互相等价:(1)(AaE)(AbE) 0(2)r(AaE)r(A bE)n(3)A 相似于对角矩阵,并且特征值满足(a)(b)025 设 A1,A 2,A N 都是 n 阶非零矩阵,满足 AiAj 证明每个 Ai 都相似于对角矩阵26 构造正交矩阵 Q,使得 QTAQ 是对角矩阵27 设 3 阶实对称矩阵 A 的各行元素之和都为 3,向量 1(1,2,1)T, 2(0,1,1) T 都是齐次线性方程组 A
6、X0 的解 (1)求 A 的特征值和特征向量 (2)求作正交矩阵 Q 和对角矩阵 ,使得28 A ,正交矩阵 Q 使得 QTAQ 是对角矩阵,并且 Q 的第 1 列为(1, 2,1) T求 a 和 Q29 设 3 阶实对称矩阵 A 的特征值为 1,2,3, 1 (1,1,1) T 和2(1,2, 1)T 分别是属于 1 和 2 的特征向量,求属于 3 的特征向量,并且求A30 设 3 阶实对称矩阵 A 的秩为 2,又 6 是它的二重特征值,向量 1(1,1,0) T和 2 (21 ,1) T 和 3(1,2,3) T 都是属于 6 的特征向量 (1)求 A 的另一个特征值与相应的特征向量 (2
7、)求 A31 3 阶实对称矩阵 A 的特征值为 1,2,2, 1(1,1,1) T 是 A 的属于 1 的特征向量记 BA 54A 3E (1)求 B 的特征值和特征向量 (2)求 B32 设 B 是 3 阶实对称矩阵,特征值为 1,1,2,并且 (1,1,1) T 是 B 的特征向量,特征值为2求 B33 设 A 为实矩阵,证明 ATA 的特征值都是非负实数考研数学二(特征向量与特征值、相似、对角化)模拟试卷 2 答案与解析一、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。1 【正确答案】 D【试题解析】 选项 A 是实对称矩阵,选项 C 有 3 个不同的特征值,均可对角化选项
8、B 和 D 特征值都是 0,0,3在选项 B 中,n r(0EA)2,说明 0 有 2 个线性无关的特征向量故可以相似对角化在选项 D 中,nr(0EA)1,说明 0 只有 1 个线性无关的特征向量因此不能相似对角化故应选 D【知识模块】 特征向量与特征值、相似、对角化2 【正确答案】 D【试题解析】 设 A,0,则 Am m0故 0选项 A 正确 因为A0,r(A)1,那么 A0 的基础解系有 nr(A)个解,即 0 有 nr(A)个线性无关的特征向量故选项 B 正确,而选项 D 不一定正确 由(BA)(EAA 2A m-1) EA mE,知选项 C 正确 故应选 D【知识模块】 特征向量与
9、特征值、相似、对角化3 【正确答案】 C【知识模块】 特征向量与特征值、相似、对角化4 【正确答案】 D【知识模块】 特征向量与特征值、相似、对角化二、填空题5 【正确答案】 t(1,0,1) T,t0【试题解析】 设 2 的特征向量是 ( 1, 2, 3),则因实对称矩阵不同特征值的特征向量相互正交,故有 3t, 20, 1t 所以 2 的特征向量是 t(1, 0,1) T,t0【知识模块】 特征向量与特征值、相似、对角化6 【正确答案】 0,y 1【试题解析】 由 AB,知a iib ii 且1 是 A 的特征值,即0,y1【知识模块】 特征向量与特征值、相似、对角化7 【正确答案】 1【
10、知识模块】 特征向量与特征值、相似、对角化8 【正确答案】 1【试题解析】 2A8A,得A6又A23得1【知识模块】 特征向量与特征值、相似、对角化9 【正确答案】 3【知识模块】 特征向量与特征值、相似、对角化10 【正确答案】 2【试题解析】 A 的特征值互不相等,因此相似于对角矩阵,并且对角线上的元素就是 A 的特征值,为 3 个互不相等数其中有一个为 0(因为A0),则 r(A)2【知识模块】 特征向量与特征值、相似、对角化三、解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。11 【正确答案】 记矩阵则所求为A,ABcE,而 B (b1,b 2,b 3,b 4) 于是 B 的特征值为0,
11、0,0,a 1b1a 2b2a 3b3a 4b4 从而 A 的特征值为c,c,c,a 1b1a 2b2a 3b3a 4b4c则Ac 3(a1b1a 2b2a 3b3a 4b4c)【知识模块】 特征向量与特征值、相似、对角化12 【正确答案】 由于 A3E,A 的特征值都满足 31 (1)A22A3E(A 3E)(AE),3 和1 都不满足 31,因此都不是 A 的特征值于是(A 3E) 和(AE)都可逆,从而 A22A 3E 可逆 (2) 设 A 的全体特征值为 1, 2, n,则 A2A2E 的特征值 i2 i2,i1,2, 由于i31, i 或者为 1,或者满足 i2 i10于是 i2 i
12、2 或者为 4,或者为1,总之都不是 0因此 A2A2E 可逆【知识模块】 特征向量与特征值、相似、对角化13 【正确答案】 求特征值 ACE,其中 C 则 C 的特征值为 0,0,6,从而 A 的特征值为 1,1,7A1177 A *的特征值为7,7,1 BA *,从而 B 和 A*特征值完全一样,也是 7,7,1 B2E 的特征值为 9,9,3 求特征向量 A*与 A 的对应特征值(指 1 与 7,7 与 1)的特征向量一样,B 2E 与 B 对应特征值的特征向量也一样,A *,则 BU-1U -1于是可以由 A 的特征向量来得到 B2E 的特征向量 A 的属于 1 的特征向量就是 A*的
13、属于 7 的特征向量,用 U-1 乘后就是 B 的属于 7 的特征向量,也就是 B2E 的属于 9 的特征向量 A 的属于 1 的特征向量,即(AE)X0 的非零解求得(A E)X0 的基础解系 1(1,1,0) T, 2(1 ,0,1) T 于是 A 的属于 1的特征向量的为 c 21c 22,c 2,c 2 不全为 0 求出 1U -11(1,1,0)T, 2U -12 (1,1,1) T,则 B2E 的属于 9 的特征向量为 c 11c 22,c 2,c 2不全为 0 同理,A 的属于 7 的特征向量用 U-1 乘后就是 B2E 的属于 3 的特征向量 求出 A 的属于 7 的特征向量(
14、即(A7E)X 0 的非零解)为 c,c 不为 0,其中(1,1,1) T, 记 U -1(0,1,1) T,则 B2E 的属于 9 的特征向量为 c c0【知识模块】 特征向量与特征值、相似、对角化14 【正确答案】 (1)先说明特征值相等 ACE,其中 C 则 C 的秩为 1,从而特征值为 0,0,3于是 A 的特征值为 1,1,4 B 是上三角矩阵,特征值就是对角线上的元素,也是 1,1,4 (2)再说明它们都相似于对角矩阵 A 是实对称矩阵,因此相似于对角矩阵 用判断法则二,要说明 B 是相似于对角矩阵,只要对二重特征值 1,说明 nr(BE)2,而 n3, 因此只要说明r(BE)1
15、BE r(BE)确实为 1于是 B 也相似于对角矩阵 则 A 和 B 相似【知识模块】 特征向量与特征值、相似、对角化15 【正确答案】 (1)求 a A 的特征多项式为要使得它有二重根,有两种可能的情况: 2 是二重根,即 2 是 28183a 的根,即 416183a 0,求出 a2,此时三个特征值为 2,2,6 2 是一重根,则 28183a 有二重根, 28 183a (4) 2,求出 a23此时三个特征值为 2,4,4 (2)讨论 A 是否相似于对角化矩阵 当 a2 时,对二重特征值 2,考察 3r(A2D)是否为 2,即 r(A2E)是否为 1, A 2E,r(A 2E)1,此时
16、A 可相似对角化 当 a23 时,对二重特征值 4,考察 3r(A4E) 是否为 2,即 r(A4E)是否为 1, A 4E,r(A4E) 2,此时 A 不相似于对角矩阵【知识模块】 特征向量与特征值、相似、对角化16 【正确答案】 (1)用矩阵分解: A( 1, 2, 3)( 12 22 3,2 1 22 3,2 12 2 3)( 1, 2, 3)B,这里 B从 , , 线性无关的条件知道,( ,)是可逆矩阵于是 A 相似于 B (1) 的秩为 1,其特征值为 0,0,6 得 B 的征值为1,1,5则 A 的征值也为 1,1,5 (2)B 是实对称矩阵,一定相似于对角矩阵,由相似的传递性,A
17、 也相似于对角矩阵【知识模块】 特征向量与特征值、相似、对角化17 【正确答案】 A 的特征值0,5,b 如果 b0 和 5,则 A 的特征值两两不同,A 相似于对角矩阵 如果 b0,则 A 的特征值 0,0,5 此时 A A 相似于对角矩阵特征值 0 的重数 23r(A) r(A)1 a0 于是:a0 且 b0 时 A 相似于对角矩阵;a0 且 b0 时 A 不相似于对角矩阵; 如果 b5,则 A 的特征值0,5,5 此时 A 而 r(A5E) 2,特征值 5 的重数23r(A 5E),A 不相似于对角矩阵【知识模块】 特征向量与特征值、相似、对角化18 【正确答案】 (1)A 与 B 相似
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