[考研类试卷]考研数学一(线性代数)模拟试卷85及答案与解析.doc
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1、考研数学一(线性代数)模拟试卷 85 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 设二次型 f(x1,x 2,x 3)=XTAX,已知 r(A)=2,并且 A 满足 A2 一 2A=0则下列各标准二次型 (1)2y 12+2y22 (2)2y12 (3)2y 12+2y32 (4)2y22+2y32 中可用正交变换化为 f 的是 ( )(A)(1)(B) (3),(4)(C) (1),(3),(4) (D)(2)2 设(A)A 与 B 既合同又相似(B) A 与 B 合同但不相似(C) A 与 B 不合同但相似(D)A 与 B 既不合同又不相似3 设(A)A
2、与 B 既合同又相似(B) A 与 B 合同但不相似(C) A 与 B 不合同但相似(D)A 与 B 既不合同又不相似4 ,则( ) 中矩阵在实数域上与 A 合同二、解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。5 已知 n 阶矩阵 A 满足(A 一 aE)(A 一 bE)=0,其中 ab,证明 A 可对角化6 A 是 n 阶矩阵,数 ab证明下面 3 个断言互相等价:(1)(A 一 aE)(A 一 bE)=0(2)r(A 一 aE)+r(A 一 bE)=n(3)A 相似于对角矩阵,并且特征值满足( 一 a)( 一 b)=07 构造正交矩阵 Q,使得 QTAQ 是对角矩阵8 设 3 阶实对称矩
3、阵 A 的各行元素之和都为 3,向量 1=(一 1,2,一 1)T, 2=(0,一 1,1) T 都是齐次线性方程组 AX=0 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 A,使得 Q TAQ=A (3)求 A 及A 一(32)E 69 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 Q10 设 3 阶实对称矩阵 A 的特征值为 1,2,3, 1=(一 1,一 1,1) T 和 2=(1,一2,一 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 A11 3 阶实对称矩阵 A 的特征值为
4、 1,2,一 2, 1=(1,一 1,1)T 是 A 的属于 1 的特征向量记 B=A5 一 4A3+E (1)求 B 的特征值和特征向量 (2)求 B12 设 B 是 3 阶实对称矩阵,特征值为 1,1,一 2,并且 =(1,一 1,1) T 是 B 的特征向量,特征值为一 2求 B13 设 A 为反对称矩阵,则 (1)若 k 是 A 的特征值,一 k 一定也是 A 的特征值 (2)如果它的一个特征向量 的特征值不为 0,则 T=0 (3) 如果 A 为实反对称矩阵,则它的特征值或为 0,或为纯虚数14 用配方法化下列二次型为标准型 (1)f(x 1,x 2,x 3)=x12+2x22+2x
5、1x2-2x1x3+2x2x3 (2)f(x1,x 2,x 3)=x1x2+x1x3+x2x315 已知二次型 2x12+3x22+3x32+2ax2x3(a0)可用正交变换化为 y12+2y22+5y32,求 a和所作正交变换16 设二次型 f(x 1,x 2,x 3)=XTAX=ax12+2x22 一 2x32+2bx1x3,(b0) 其中 A 的特征值之和为 1,特征值之积为一 12 (1)求 a,b (2)用正交变换化 f(x1,x 2,x 3)为标准型17 已知二次型 f(x1,x 2,x 3)=(1a)x12+(1a)x22+2x32+2(1+a)x1x2 的秩为 2 (1) 求a
6、 (2)求作正交变换 X=QY,把 f(x1,x 2,x 3)化为标准形 (3)求方程 f(x1,x 2,x 3)=0 的解18 二次型 f(x1,x 2,x 3)=XTAX 在正交变换 X=QY 下化为 10y12 一 4y22 一 4y32,Q的第 1 列为 (1)求 A(2) 求一个满足要求的正交矩阵 Q19 二次型 f(x1,x 2,x 3)=x12+ax22+x32+2x1x2+2x1x3+2x2x3 的正惯性指数为 2,a 应满足什么条件?20 设 A 是一个可逆实对称矩阵,记 Aij 是它的代数余子式二次型(1)用矩阵乘积的形式写出此二次型 (2)f(x1,x 2, xn)的规范
7、形和 XTAX 的规范形是否相同? 为什么?21 判断 A 与 B 是否合同,其中22 二次型 f(x1,x 2,x 3)=ax12+ax22+(a 一 1)x32+2x1x32x2x3 求 f(x1,x 2,x 3)的矩阵的特征值 如果 f(x1,x 2,x 3)的规范形为 y12+y22,求 a23 a 为什么数时二次型 x12+3x22+2x32+2ax2x3 可用可逆线性变量替换化为 2y12 一3y22+5y32?24 已知 A 是正定矩阵,证明|A+E| 125 已知二次型 f(x 1,x 2,x 3) =x12+4x22+4x32+2x1x22x1x3+4x2x3 当 满足什么条
8、件时 f(x1,x 2,x 3)正定?26 已知二次型 f(x 1,x 2,x n) = (x1+a1x2)2+(x2+a2x3)2+(xn+anx1)2 a1,a 2,a n 满足什么条件时 f(x1,x 2,x n)正定?27 设 (1)求作对角矩阵 D,使得 BD (2)实数 k满足什么条件时 B 正定?28 设 A 和 B 都是 mn 实矩阵,满足 r(A+B)=n,证明 ATA+BTB 正定29 设 A 是 3 阶实对称矩阵,满足 A2+2A=0,并且 r(A)=2 (1)求 A 的特征值 (2)当实数 k 满足什么条件时 A+kE 正定?30 设 A,B 是两个 n 阶实对称矩阵,
9、并且 A 正定证明: (1)存在可逆矩阵 P,使得 PTAP,P TBP 都是对角矩阵; (2)当|充分小时,A+B 仍是正定矩阵31 设 其中 A,B 分别是 m,n 阶矩阵证明 C 正定 A,B 都正定32 设 是正定矩阵,其中 A,B 分别是 m,n 阶矩阵记(1)求 PTDP(2) 证明 B 一 CTA-1C 正定33 二次型 f(x1,x 2,x 3)=XTAX 在正交变换 X=QY 下化为 y12+y22,Q 的第 3 列为求 A证明 A+E 是正定矩阵34 设 A 是正定矩阵,B 是实对称矩阵,证明 AB 相似于对角矩阵考研数学一(线性代数)模拟试卷 85 答案与解析一、选择题下
10、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】 C【知识模块】 线性代数2 【正确答案】 A【试题解析】 A 与 B 都是实对称矩阵,判断是否合同和相似只要看它们的特征值:特征值完全一样时相似,特征值正负性一样时合同此题中 A 的特征值和 B 的特征值都是 4,0,0,0,从而 A 与 B 既合同又相似【知识模块】 线性代数3 【正确答案】 B【知识模块】 线性代数4 【正确答案】 D【知识模块】 线性代数二、解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。5 【正确答案】 首先证明 A 的特征值只能是 a 或 b 设 是 A 的特征值,则( 一a)( 一 b)=0,即 =a
11、 或 =b 如果 b 不是 A 的特征值,则 A 一 bE 可逆,于是由(A 一 aE)(A 一 bE)=0 推出 AaE=0,即 A=aE 是对角矩阵 如果 b 是 A 的特征值,则|A 一 bE|=0设 1, 2, t 是齐次方程组(A 一 bE)X=0 的一个基础解系(这里 t=nr(A 一 bE),它们都是属于 b 的特征向量取 A 一 bE 的列向量组的一个最大无关组 1, 2, k,这里 k=r(A 一 bE)则 1, 2, k 是属于 a 的一组特征向量则有 A 的 k+t=n 个线性无关的特征向量组1, 2, , k; 1, 2, t,因此 A 可对角化【知识模块】 线性代数6
12、 【正确答案】 不妨设 a 和 b 都是 A 的特征值(因为如果 a 不是 A 的特征值,则3 个断言都推出 A=bE如果 b 不是 A 的特征值,则 3 个断言都推出 A=aE) (1)(2) 用关于矩阵的秩的性质,由(AaE)(A 一 bE)=0得到: r(A 一 aE)+r(A 一bE)n, r(A 一 aE)+r(A 一 bE)r(A 一 aE)一(A 一 bE)=r(b 一 a)E)=n, 从而 r(A一 aE)+r(A 一 bE)=n (2) (3) 记 ka,k b 分别是 a,b 的重数,则有 k anr(A 一aE) kbn 一 r(A 一 bE) 两式相加得 nka+kbn
13、r(A 一 aE)+nr(A 一 bE)=n,于是其中“”都为“=”,从而 和都是等式,并且 ka+kb=n k a+kb=n,说明 A 的特征值只有 a 和 b,它们都满足 ( 一 a)( 一 b)=0 和都是等式,说明 A 相似于对角矩阵 (3) (1) A 的特征值满足( 一 a)( 一 b)=0,说明 A 的特征值只有 a和 b设 B 是和 A 相似的对角矩阵,则它的对角线上的元素都是 a 或 b,于是(B一 aE)(B 一 bE)=0而(A 一 aE)(A 一 bE)相似于(B 一 aE)(B 一 bE),因此(A 一 aE)(A 一 bE)=0【知识模块】 线性代数7 【正确答案】
14、 (1)先求特征值A 的特征值为 0,2,6再求单位正交特征向量组属于 0 的特征向量是齐次方程组 AX=0 的非零解,得 AX=0 的同解方程组 求得一个非零解为(1 ,1,一 1)T,单位化得 属于 2 的特征向量是齐次方程组(A 一 2E)X=0 的非零解, 得 AX=0 的同解方程组 求得一个非零解为(1,一 1,0) T,单位化得属于 6 的特征向量是齐次方程组(A 一 bE)X=0 的非零解,得 AX=0 的同解方程组A 的特征值为1,1,10再求单位正交特征向量组属于 1 的特征向量是齐次方程组(AE)X=0的非零解, 得(AE)X=0 的同解方程组x1+2x22x3=0, 显然
15、 1=(0,1,1) T 是一个解第 2 个解取为 2=(c,一 1,1) T(保证了与 1 的正交性!),代入方程求出 c=4,即 2=(4,一 1,1) T再求出属于 10的特征向量是齐次方程组(A 一 10E)X=0 的非零解(1,2,一 2)T,令 3=3| 3|=(1,2,一 2)T3作正交矩阵 Q=(1, 2, 3)则【知识模块】 线性代数8 【正确答案】 (1)条件说明 A(1,1,1) T=(3,3,3) T,即 0=(1,1,1) T 是 A 的特征向量,特征值为 3又 1, 2 都是 AX=0 的解说明它们也都是 A 的特征向量,特征值为 0由于 1, 2 线性无关,特征值
16、 0 的重数大于 1于是 A 的特征值为3,0,0 属于 3 的特征向量:c 0,c0 属于 0 的特征向量:c 11+c22 c1,c 2 不都为 0 作 Q=(0, 1, 2),则 Q 是正交矩阵,并且 (3)建立矩阵方程A(0, 1, 2)=(30,0,0) ,用初等变换法求解:A 一(32)E 6=(32) 6E【知识模块】 线性代数9 【正确答案】 Q -1AQ=QTAQ 是对角矩阵,说明 Q 的列向量都是 A 的特征向量,于是(1 ,2,1) T 也是 A 的特征向量 (1,2,1) T 和(2,5+a,4+2a) T 相关,得 a=一 1,并且(1,2,1) T 的特征值为 2A
17、 的特征值为2,5,一 4下面来求它们的单位特征向量则Q=(1, 2, 3)【知识模块】 线性代数10 【正确答案】 属于 3 的特征向量和 1, 2 都正交,从而是齐次方程组的非零解解此方程组,得 3=(1,0,1) T 构成它的一个基础解系于是属于 3 的特征向量应为(k,0,k) Tk0 建立矩阵方程 A(1, 2, 3)=(1,2 2,3 3),用初等变换法解得【知识模块】 线性代数11 【正确答案】 (1)记 f(x)=x5 一 4x3+1,则 B 的特征值为 f(1)=一 2,f(2)=1,f( 一2)=1 1=(1,一 1,1) T 是 A 的属于 1 的特征向量,则它也是 B
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