例2.4设是阶非零方阵,且,则
证明:
核心知识点:
伴随矩阵的基本公式;转置矩阵的运算性质;反证法。
步骤1:反证法假设
假设,结合已知条件,
代入伴随矩阵公式得:,其中为阶零矩阵。
步骤2:设矩阵元素展开分析
设,则,记,
由于实数的平方非负,故每个元素(),即。
步骤3:推出矛盾
已知是非零方阵,但上述推导得出,与题设矛盾,因此假设不成立。
结论故,得证。
例2.5设矩阵X满足等式AXA + BXB = AXB + BXA +E
其中矩阵A= ,
B= , E为3阶单位阵 , 求X
解:
第一步:将方程移项并整理
将原方程改写为
分组提取公因式:
由于,代入得
得
第二步:计算
记,则方程为
第三步:求
第四步:解
由得
计算
例2.6设矩阵X满足A*X=A-1B+2X
其中A= ,
B= , 求矩阵X
解:由矩阵方程
项移得
,
提公因子得,
两边同时左乘得,
整理得,
设=C,方程简化为
,
求解即求。
所以
例2.7设α1 , α2 , α3 , β1
, β2均为4维列向量,
行列式det(α1 , α2 , α3 ,
β1)=m , det(α1 , α2 , β2 ,
α3 )=n.
求 det(α3 , α2 , α1 ,
β1+β2)
解: 因所求行列式的第四列元素均是两个数之和
于是可按第四列拆成两个行列式
det(α3 , α2 , α1 ,
β1+β2)=det(α3 , α2 ,
α1 , β1)+det(α3 , α2 ,
α1 , β2)
因为交换两列要改变正负号,所以
det(α3 , α2 , α1 ,
β1+β2)=-det(α1 , α2 ,
α3 , β1)+det(α1 , α2 ,
β2 , α3 )
=n-m
例2.8设A=E - ααT , 其中E是n阶单位矩阵
α是n维非零列向量 , αT是α的转置
试证明:(1) A2=A的充要条件是αTα=1
(2)当αTα=1时 , A不是可逆矩阵。
证:
(1) 证明
的充要条件是
证明的核心是
矩阵乘法的结合律 和
数乘矩阵的性质(
是一个数,可与矩阵交换位置)。
步骤 1:计算
的表达式
已知
则
(
是一个数)
步骤 2:必要性(由
推出
)
由
,和
,
代入式
得:
移项整理:
即
其中
为
阶零矩阵。
由题设
是 非零列向量,因此
是 非零矩阵
于是式
中,
得
步骤
3:充分性()
已知
,代入式
得:
而由定义
,因此
综上,
(2)
证明当时,不是可逆矩阵
当时,由(1)知,即。
假设可逆,在等式两边左乘,
得:
得:
得:
得:
由,得,与是非零列向量(为非零矩阵)矛盾。
故假设可逆不成立,不可逆。
例2.9已知 2CA - 2AB = C-B ,
其中A= ,
B= , 求C5
解: 由2CA - 2AB=C-B
得2CA - C=2AB- B
得C(2A-E)=(2A-E)B
得C =(2A -E)B(2A -E)-1
得C5=((2A -E)B(2A -E)-1)5
=(2A -E)
B(2A -E)-1(2A -E)
B(2A -E)-1(2A -E)
B(2A -E)-1(2A -E)
B(2A -E)-1(2A -E)
B(2A -E)-1
得C5=(2A -E)B5(2A -E)-1
因2A
-E=为可逆的分块对角阵 ,
且(2A-E)-1=
故
C5==
其中H==