高等代数与解析几何第七章

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高等代数与解析几何第七章习题线性变换与相似矩阵答案

第七章线性变换与相似矩阵习题习题判别下列变换是否线性变换1设是线性空间中的一个固定向量,Ⅰ,,解：当时,显然是的线性变换；当时,有,,则,即此时不是的线性变换;Ⅱ,；解：当时,显然是的线性变换；当时,有,,则,即此时不是的线性变换;2在中,Ⅰ,解：不是的线性变换;因对于,有,,所以;Ⅱ；解：是的线性变换;设,其中,,则有,;3在中,Ⅰ,解：是的线性变换：设,则,,;Ⅱ,其中是中的固定数；解：是的线性变换：设,则,,;4把复数域看作复数域上的线性空间,,其中是的共轭复数；解：不是线性变换;因为取,时,有,,即;5在中,设与是其中的两个固定的矩阵,,;解：是的线性变换;对,,有,;习题在中,取直角坐标系,以表示空间绕轴由轴向方向旋转900的变换,以表示空间绕轴由轴向方向旋转900的变换,以表示空间绕轴由轴向方向旋转900的变换;证明表示恒等变换,,；并说明是否成立;证明：在中任取一个向量,则根据,及的定义可知：,,；, ,；,,,即,故;因为,,所以;因为,,所以;因为,,所以;习题在中,,,证明;证明：在中任取一多项式,有;所以;习题设,是上的线性变换;若,证明;证明：用数学归纳法证明;当时,有命题成立;假设等式对成立,即;下面证明等式对也成立;因有,即等式对也成立,从而对任意自然数都成立; 习题证明1若是上的可逆线性变换,则的逆变换唯一；2若,是上的可逆线性变换,则也是可逆线性变换,且;证明：1设都是的逆变换,则有,;进而;即的逆变换唯一;2因,都是上的可逆线性变换,则有,同理有由定义知是可逆线性变换,为逆变换,有唯一性得;习题设是上的线性变换,向量,且,,,都不是零向量,但;证明,,,线性无关;证明：设,依次用可得,得,而,故；同理有：,得,即得；依次类推可得,即得,进而得;有定义知,,,线性无关;习题设是上的线性变换,证明是可逆线性变换的充要条件为既是单射线性变换又是满射线性变换,即是一一变换;证明：已知是可逆线性变换,即存在;若,则两端用作用即得,因此是单射线性变换;若任取,则存在,使得,即是满射线性变换;已知既是单射线性变换又是满射线性变换,即双射;现定义新的变换：,定有,且有,规定,有,同时有,即有;由定义知是可逆线性变换;习题设是上的线性变换,证明1是单射线性变换的充要条件为；2是单射线性变换的充要条件为把线性无关的向量组变为线性无关的向量组;证明：1已知是单射线性变换,对,则有,由单射得,即;已知,若,则有,得,即得,故是单射;2已知是单射线性变换;设线性无关,现证也线性无关;令,整理有,而是单射,有,已知线性无关,所以,故也线性无关;已知把线性无关的向量组变为线性无关的向量组;若,则有,并一定有;否则若,则说明向量线性无关,而表示把线性无关的向量组变为线性相关的向量组,与条件矛盾;而由可得,即是单射线性变换;习题设是中全体可逆线性变换所成的子集,证明关于线性变换的乘法构成一个群;超范围略习题设,是上的线性变换,且证明1若,则；2若,则;证明：1因为,;所以,从而或;又因为;故;2因为,,所以;习题设与分别是数域上的维与维线性空间,是的一个有序基,对于中任意个向量,证明存在唯一的线性映射,使,;证明：先证明存在性;对任意的,有唯一的线性表达式我们定义显然有,;现验证为到的一个线性映射;1对任意的向量,因为,由定义得;2对任意的,因为,由定义得; 所以为到的一个线性映射;再证唯一性：若另有到的一个线性映射,也使得,;则对任意向量,一定有;由在中的任意性,可得;习题设与分别是数域上的维与维线性空间,是线性映射;证明是的子空间,是的子空间;又若有限,证明;这时称为的零度,称为的秩;证明：1先证与分别为与的子空间,对,,有,所以,故为的子空间；同理,对,,则,使,,所以所以为的子空间.2再证因有限,不妨设,,在中取一个基,再把它扩充为的一个基,则是像空间的一个基.事实上,对,存在,使得;设,则有即中的任意向量都可由线性表示;现证向量组线性无关：设,有,即,所以向量可由向量组线性表示,进而有,整理有,又因线性无关,所以必有,因此线性无关,即为的一个基,故;习题证明关于定义中所定义的线性映射的加法与数量乘法构成上的一个线性空间;证明：现证明定义中所定义的线性映射的加法与数量乘法都是从到的线性映射;事实上,对,,有故为到的线性映射;同理,对,,有,,故为到的线性映射;另外线性映射的加法与数量乘法显然满足：1结合律：；2交换律: ；3存在零线性映射,对,有；4对,有负线性映射,使得；5；6；7；8;其中,所以关于定义中所定义的线性映射的加法与数量乘法构成上的一个线性空间;习题证明：;证明：设为维线性空间,为维线性空间,即,;取定的一组基和的一组基;令为到的如下映射：,其中为在基与基下的矩阵;这样定义的是到的同构映射;事实上,1若,,且,则有,;由于,对每一个都有,故有,即是单射;2,令;则存在唯一的线性映射使得,并且由此可见,是满射;3对,,有,,其中即有,,所以,故有,所以是到的同构映射;进而有;习题习题求下列线性变换在所指定的一个基下的矩阵：1的线性变换,,其中为固定矩阵;求,在这个基下的矩阵；2设是线性空间的线性变换,求在基下的矩阵；36个函数：,,,,,的所有实系数线性组合构成实数域上一个6维线性空间;求微分变换在基下的矩阵;解：1由,的定义直接可得：,,,; 所以在这个基下的矩阵为;,,,;所以在这个基下的矩阵为;2由直接可得：,,,………………………,………………………;所以在基下的矩阵为：;3由微分运算性质直接可得：,,,,,;所以微分变换在基下的矩阵为：;习题设是的一个基,,,,;已知线性无关;证明：1 存在唯一的线性变换,使,；21中的在基下的矩阵为；31中的在基下的矩阵为;证明：1因为线性无关,所以也是的一个基;故对的一个基及个向量,定存在唯一的线性变换,使,;2 由已知条件有,,其中与都是的基,所以可逆,且有,进而有;再由1得,所以在基下的矩阵为;3 类似有,所以在基下的矩阵为;习题在中,定义线性变换为,,,其中,,;1求在基下的矩阵；2求在基下的矩阵;解：1由定义知,, 所以有;故在基下的矩阵为：;2类似有;故在基下的矩阵为：;习题在中,线性变换在基,,下的矩阵是;求在基下的矩阵;解：已知,,则有;即在基下的矩阵为：;习题设数域上3维线性空间的线性变换在基下的矩阵为1求在基下的矩阵；2求在基下的矩阵；3求在基下的矩阵;解：1由已知可得,,;所以在基下的矩阵为：;2由已知可得,,;所以在基下的矩阵为：;3由已知可得,,;所以在基下的矩阵为：;习题在维线性空间中,设有线性变换与向量使,但;证明：在中存在一个基,使在该基下的矩阵为;证明：由习题知：维线性空间的向量组,,,线性无关,且有个向量,即构成的一组基,而线性变换作用此基有：,,……………,;故在基,,,下的矩阵为：;习题设是数域上维线性空间的全体线性变换组成的数域上的线性空间,试求,并找出中的一个基;求证：任取的一组基,令为到的映射：,其中;由引理及定理知为同构映射,即;所以它们的维数相同,而,故;现取,,使得,即,;已知,是的一组基,故,为的一组基;习题证明：与维线性空间的全体线性变换都可交换的线性变换是数乘变换;证明：在某组确定的基下,数域上的维线性空间的线性变换与数域上的阶方阵间建立了一个双射,因为与一切阶方阵可交换的方阵为数量矩阵,所以与一切线性变换可交换的线性变换必是数乘变换;习题设是维线性空间的一个线性变换,如果在的任意一个基下的矩阵都相同,则是数乘变换;证明：设在基下的矩阵为,只要证明为数量矩阵即可;设为任意可逆矩阵,令,则也是的一组基,且在这组基下的矩阵为,依题意有;特别地,当取时,计算可得;再取,由可得,即为数量矩阵,所以是数乘变换;习题证明：与相似,其中是的一个排列;证明：用依次表示这两个矩阵,取一个维线性空间及其一组基,对于矩阵,存在的线性变换,使得,由此可得;因为与是在不同基下的矩阵,所以与相似;习题如果可逆,证明与相似;证明：因为,所以与相似;习题如果与相似,与相似,试判断下列叙述是否正确如果不正确,请举反例,否则给出证明;1与相似；2与相似；3与相似;答：1正确;证明：由于与相似,与相似,因此存在可逆阵,,使得,,从而有,其中,所以与相似;2不正确;反例：设,,则有,使,,即,故与相似；再取,则与显然相似;但,;设,且满足,即,计算得,即得,故不可逆;所以与不相似;3不正确;反例：取同2,有,, 两矩阵秩不同;显然,与不相似;习题习题设是数域上线性空间,是的线性变换;如果是的特征值,则对任意多项式,是的特征值,且的属于的特征向量也是的属于的特征向量;证明：设为的属于的特征向量,即,则对任意自然数,有;事实上,当时,显然成立;假设时,有成立;现证时也成立,即;故由数学归纳法得式对任意自然数均成立;设,则有,即;习题对复数域上线性空间上的下述线性变换,求出它的特征值与特征向量,判断是否可以对角化,在可对角化时,求出过度矩阵,并计算;已知在的一个基下的矩阵为1；2；3；4;解：1设在基下的矩阵为,矩阵的特征多项式为;所以的特征值为,;先求的属于特征值的特征向量;解齐次线性方程组,求得基础解系为,所以的属于特征值的全部特征向量为；再求的属于特征值的特征向量;解齐次线性方程组,求得基础解系为,所以的属于特征值的全部特征向量为;可以对角化;取的两个线性无关的特征向量,,即,其中为由;2设在基下的矩阵为,且当时,有,于是矩阵的特征多项式为,所以的特征值为;求的属于特征值的特征向量;解齐次线性方程组,求得基础解系为,,因为的属于特征值的两个线性无关的特征向量为,所以以中任意非零向量为其特征向量;当时,矩阵的特征多项式为,所以的特征值为;先求的属于特征值的特征向量;解齐次线性方程组,求得基础解系为,所以的属于特征值的全部特征向量为；再求的属于特征值的特征向量;解齐次线性方程组,求得基础解系为,所以的属于特征值的全部特征向量为;可以对角化;取的两个线性无关的特征向量,,即,其中为由;3设在基下的矩阵为,矩阵的特征多项式为;所以的特征值为;先求的属于特征值的特征向量;解齐次线性方程组,求得基础解系为,所以的属于特征值的全部特征向量为；再求的属于特征值的特征向量;解齐次线性方程组,求得基础解系为,所以的属于特征值的全部特征向量为;由于找不到的三个线性无关的特征向量,故不可对角化;4设在基下的矩阵为,矩阵的特征多项式为;所以的特征值为;先求的属于特征值的特征向量;解齐次线性方程组,求得基础解系为,,,所以的属于特征值的全部特征向量为；再求的属于特征值的特征向量;解齐次线性方程组,求得基础解系为,所以的属于特征值的全部特征向量为;可以对角化;取的四个线性无关的特征向量,,,,即,其中为由基到基的过渡矩阵;且有;习题证明：是矩阵的特征值的充要条件是矩阵为奇异阵; 证明：设非零向量为矩阵的属于特征值的特征向量,则有,整理得,因,所以齐次线性方程组有非零解,故系数行列式;反之亦然;习题设,求;解：矩阵的特征多项式为;所以的特征值为;对,解齐次线性方程组,得基础解系；对,解齐次线性方程组,得基础解系；对,解齐次线性方程组,得基础解系;令,有,进而有,故;习题设是4维线性空间的一个基,线性变换在这个基下的矩阵为;1 求在一个基下的矩阵,其中2求的特征值与特征向量；3求一可逆阵,使为对角阵;解：1由条件有,令,则线性变换在基下的矩阵为;2因为线性变换的特征多项式为;所以线性变换的特征值为;先求的属于特征值的特征向量;解齐次线性方程组,求得基础解系为,,所以的属于特征值的线性无关的特征向量为,;全部特征向量为；再求的属于特征值的特征向量;解齐次线性方程组,求得基础解系为,所以的属于特征值的线性无关的特征向量为;全部特征向量为;最后求的属于特征值的特征向量;解齐次线性方程组,求得基础解系为,所以的属于特征值的线性无关的特征向量为;全部特征向量为;3因为,所以所求的可逆矩阵为,于是有;习题1设是线性变换的两个不同特征值,是分别属于的特征向量;证明：不是的特征向量；2证明：如果线性变换以中每个非零向量作为它的特征向量,则是数乘变换;证明：1因为,,所以;假设是线性变换的属于特征值的特征向量,即,且有,整理可得;由于线性变换的属于不同特征值的特征向量线性无关,因此,于是得,这与题设矛盾,因而不是的特征向量;2任取的一个非零向量,设;再任取的一个向量,若或,则显然有；若,则由假设也是特征向量,设;如果,则由1知,不是的特征向量,这与题意矛盾;故,即仍有;这就说明的任意两个特征值都相等,故为数乘变换;习题设是的线性变换;证明：1的行列式为零的充要条件是至少有一个特征值为零；2如果是可逆线性变换,则其特征值一定不为零；又如果是的特征值,则必是的特征值;证明：1设线性变换在一组基下的矩阵为,是的所有特征值,则有,所以的行列式为零至少有一个;2反证法设可逆线性变换有一个特征值为,而是它的一个特征向量,即有;用作用的两边得,;这与矛盾,故可逆线性变换的特征值一定不为零;设为的属于特征值的一个特征向量,即;由于可逆,得,进而有,即,也可写成,故必是的一个特征值;习题设,是阶方阵;证明：1；2如果,则,即相似的矩阵必有相同的迹；3设,;验证：与有相同的特征多项式,但与不相似;证明：1设,为任意两个阶方阵,则主对角线上的元素为,,;它们的和为;同样,的主对角线上的元素的和为;故;2根据1可得; 即相似的矩阵必有相同的迹;3因为,所以其特征多项式为；又因为,所以其特征多项式为,故与有相同的特征多项式;现设矩阵,使得成立,展开有,,即得;解得;所以是不可逆的,故与不相似;习题设的线性变换的互不相同的特征值为;如果在每一个特征值的特征子空间中取基,恰构成全空间的一个基;证明：必可对角化;证明：设特征值的特征子空间的基为,,则有,,,即每一个,都是的特征向量;又知,恰构成空间的一个基,即得有个线性无关的特征向量,所以必可对角化;。

高等数学第七章向量代数与空间解析几何习题

2
解 ∵ a + b = AC = 2MC = −2MA ,
D
C
b
M
b − a = BD = 2MD = −2MB ,
∴
MA
=
−
1 2
(a
+
b),
MB
=
−
1 2
(b
−
A a ),
a
B
图 7.2
MC
=
1 2
(a
+
b),
MD
=
1 2
(b
−
a ).
10. 用向量的方法证明: 连接三角形两边中点的线段(中位线)平行且等于第三
而
a⋅b =
a
⋅
b
⋅
cos(a,
b)
=
10
×
cos
π 3
=5,
所以
r 2 = 100 − 60 + 36 = 76 ,
故 r = 76 .
3. 已知 a + b + c = 0 , 求证 a × b = b × c = c × a
证法1
∵a + b + c = 0 ,
所以
c = −(a + b) ,
解因 a = m − 2n + 3 p = (8i + 5 j + 8k) − 2(2i − 4 j + 7k) + 3(i + j − k) = 7i + 16 j − 9k ,
故沿 x 轴方向的分向量为 axi = 7i ; 沿 y 轴方向的分向量为 ay j = 16 j .
16. 若线段 AB 被点 C(2, 0, 2)和D(5, −2, 0) 三等分, 试求向量 AB 、点 A 及点 B 的

《高等代数与解析几何》教学大纲

《咼等代数与解析几何》课程教学大纲一、课程基本信息1、课程名称：高等代数与解析几何（上、下）2、课程编号：03030001/23、课程类别：学科基础课4、总学时/学分：160/105、适用专业：信息与计算科学6、开课学期：第一、二学期二、课程与人才培养标准实现矩阵说明掌握自然科学基础知识和数学专业所需的技术基础及专业知识，掌握分析问题、解决问题的科学方法；通过所学专业基础知识，获取数学专业知识的能力，更新知识和应用知识的能力。

三、课程的地位性质与目的本课程是数学与应用数学专业学生的重要的基础课程，是现代信息科学中不可缺少的数学工具。

高等代数与解析几何最突出的特点就是代数与几何在知识与理论上的有机结合，在思想和方法上的融会贯通。

主要目的是掌握本门课程的基本理论和基本方法；同时通过本课程的教学，锻炼和提高学生的思维能力，培养学生分析问题和解决问题的能力，培养学生创新能力，提高学生的数学素养。

四、学时分配表五、课程教学内容和基本要求总的目标：通过本课程的学习要求学生对高等代数与解析几何的基本概念、基本定理有比较全面、系统认识，能把几何的观点与代数的方法结合起来，“代数为几何提供研究方法，几何为代数提供直观背景”，逐步培养学生运用几何与代数相结合的方法分析问题、解决问题的能力，培养学生抽象的思维能力及空间想象能力。

本课程各章的教学内容和基本要求如下：第一章向量代数【教学内容】1、向量的线性运算2、向量的共线与共面3、用坐标表示向量4、线性相关性与线性方程组5、n维向量空间6、几何空间向量的内积7、几何空间向量的外积8、几何空间向量的混合积【基本要求】理解向量的概念，掌握向量的线性运算、内积、外积、混合积运算；熟悉向量间垂直、共线、共面的条件；会用坐标进行向量的运算。

【教学重点及难点】重点：向量的概念，向量的线性运算、内积、外积、混合积运算；用坐标进行向量的运算。

难点：向量间垂直、共线、共面的条件。

第二章行列式【教学内容】1、映射与变换2、置换的奇偶性3、矩阵4、行列式的定义理解n阶行列式的概念及性质，掌握常见类型的行列式的计算；熟悉克拉默法则。

高等代数与解析几何第七章(1-3习题)线性变换与相似矩阵答案

第七章线性变换与相似矩阵习题7.1习题7.1.1判别下列变换是否线性变换?（1 ）设「是线性空间「中的一个固定向量，解：当■时，■-. - 显然是’的线性变换;当小时，有■，则□ l闵+觀h 6逐）+e（碣），即此时■不是"的线性变换。

T\a}解：当「时，显然是「的线性变换;T（闵+觀縊讥坷）+丁（％「，即此时L不是「的线性变换。

（2）在匚中，:T|=（心勾+解：「不是：的线性变换。

因对于叩），所以贰加）黑如©）。

J-f（□）解：是二的线性变换。

设■-T （硏丁（E = （2xj -鬲圖+画尼啊/V —vG —（10,0）€ 护有1!:"'二!,有则有左苴中&二（兀心■IIL.. JI. ■KJO|i —、赢I jr .跚）+（2”-兀5L TXa）a眼JCT 三（1Th f 丰乃1（範+为H （西+沟）必（画+另））価+必）二我住+3a:（上c）- T［上q .上吆上3 =心匕、-kxj r +匕勺.2上勺）=jfc（2x1-无|,阳+ 可，2 両（3）在•［；中，（［）」- ,解：0是H用的线性变换：设貳⑴居（Q它月旳.，贝U直（/a）+欢））=/（兀+i）+gd+i）=</◎》+龙⑵）, a財优论kj\x+5-逝/（劝，唯总F。

（u）处『姦訂芻》,其中•是；中的固定数;解：「-是；一的线性变换：设釁鑰廉8.詰圜，则⑺（7U）+g⑴）=/W+gfe）=次/⑴）卡以gO）），◎（射妙-妙厲）-如y（幼伏訂。

5 穴u（4）把复数域’看作复数域上的线性空间，步②匕加，其中「是一的共轭复数;解：「不是线性变换。

因为取兴习，「-7时，有*鸞日關上（7（仕）=滋二i即0（k&）主去曲空）（5）在：，■ 中，设■与:-是其中的两个固定的矩阵,- U Z&1解：「是"的线性变换。

对1蓟如=P瞒Q= ^PXQ二£啲O习题7.1.2在｛中，取直角坐标系-，以-表示空间绕「轴由轴向…方向旋转900的变换，以表示空间绕'轴由--轴向八方向旋转90°的变换，以&表示空间绕轴由轴向Oy 方向旋转900的变换。

高等代数与解析几何教学大纲

《高等代数与解析几何》教学大纲说明高等代数与解析几何是数学的主要基础课. 通过本课程的教学将逐步培养学生运用几何与代数相结合的方法分析问题和解决问题的能力. 因此在教学中应注意讲清代数概念的几何背景, 培养学生的空间想象力.本课程如按每学期每周4节正课2节习题课安排, 在一学年内应能讲授完本大纲的内容。

至于教科书《高等代数与解析几何》中的打星号的选学内容可以作为第三学期的选修课内容。

第一章第一章向量代数(22课时)第二章第二章行列式(12课时)第三章第三章线性方程组与线性子空间(20课时)第四章第四章矩阵的秩与矩阵的运算(14课时)第五章第五章线性空间与欧几里得空间(16课时)第六章第六章几何空间的常见曲面(14课时)第七章第七章线性变换(6课时)第八章第八章线性空间上的函数(10课时)第九章第九章坐标变换与点变换(12课时)第十章第十章一元多项式与整数的因式分解(14课时)第十一章第十一章多元多项式(12课时)第十二章第十二章多项式矩阵与若尔当典范形(10课时)以下计划中所列参考课时数均不包括习题课课时.第一章向量代数(22课时)内容包括向量的线性运算，向量的共线与共面，用坐标表示向量，线性相关性与线性方程组，n维向量空间，几何空间向量的内积、外积与混合积，平面曲线的方程等。

本章的教学目的是使学生对向量及其运算以及线性相关性有一个较直观的认识，为以后抽象向量的学习打下基础。

第二章行列式(12课时)本章从讲解映射与变换以及置换的奇偶性入手，通过体积的计算引入行列式的定义，同时也给出行列式的常用定义，然后引入矩阵的概念，以帮助理解行列式的性质，再讲解行列式按一行(一列)展开以及用行列式解线性方程组的克拉默法则，最后证明拉普拉斯定理。

本章的教学目的是使学生对行列式的意义及其计算有所了解。

并会应用克拉默法则解线性方程组。

对行列式计算的技巧不能太强调。

第三章线性方程组与线性子空间(20课时)用消元法解线性方程组是与初等数学相衔接的，在此基础上讨论线性方程组的解的情况，然后引出向量组的线性相关性的有关性质，再学习线性子空间及线性子空间的基与维数，以帮助理解齐次线性方程组的解的结构。

高等数学第七章空间解析几何与向量代数课件.ppt

D
b a BD
2 MB
b M
MA
1 2
(
a
b
)
MB
1 2
(
b
a
)
A
a
MC
1 2
(
a
b
)
MD
1 2
(
b
a
)
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C B
第9页，共33页。
三、空间直角坐标系
1. 空间直角坐标系的基本概念
过空间一定点 o ,由三条互相垂直的数轴按右手规则
组成一个空间直角坐标系.
• 坐标原点
Ⅲ
z z 轴(竖轴)
和
计算向量
的模、方向余弦和方向角 .
解: M1M 2 ( 1 2, 3 2 , 0 2 ) (1, 1, 2 )
(1)2 12 ( 2)2 2
cos 1 , cos 2
2
2
2 ,
,
3
3
3
4
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结束
第21页，共33页。
3. 向量在轴上的投影与投影定理
z
r
在三个坐标轴上的分向量：
cos
x r
x x2 y2 z2
z
r
o
y
x
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第19页，共33页。
cos x
r
cos y
r
cos rz
x x2 y2 z2
y x2 y2 z2
z x2 y2 z2
方向余弦的性质:
z
r
o
y

高等代数与解析几何第七章知识题7答案解析

习题7.4习题7.4.1设A 是一个n 阶下三角矩阵。

证明：（1）如果A 的对角线元素jj ii a a ≠),,2,1,(n j i Λ=，则A 必可对角化；（2）如果A 的对角线元素nn a a a ===Λ2211，且A 不是对角阵，则A 不可对角化。

证明：（1）因为A 是一个n 阶下三角矩阵，所以A 的特征多项式为)())((||2211nn a a a A E ---=-λλλλΛ，又因jj ii a a ≠),,2,1,(n j i Λ=，所以A 有n 个不同的特征值，即A 有n 个线性无关的特征向量，以这n 个线性无关的特征向量为列构成一个可逆阵P ，则有AP P 1-为对角阵，故A 必可对角化。

（2）假设A 可对角化，即存在对角阵⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=n B λλλO21，使得A 与B 相似，进而A 与B 有相同的特征值n λλλ,,,21Λ。

又因为矩阵A 的特征多项式为n a A E )(||11-=-λλ，所以1121a n ====λλλΛ，从而E a a a a B nn 112211=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=O，于是对于任意非退化矩阵X ，都有B E a EX a X BX X ===--111111，而A 不是对角阵，必有A B BX X ≠=-1，与假设矛盾，所以A 不可对角化。

习题7.4.2设n 维线性空间V 的线性变换σ有s 个不同的特征值s λλλ,,,21Λ，i V 是i λ的特征子空间),,2,1(s i Λ=。

证明：（1）s V V V +++Λ21是直和；（2）σ可对角化的充要条件是s V V V V ⊕⊕⊕=Λ21。

证明：（1）取s V V V +++Λ21的零向量0，写成分解式有021=+++s αααΛ，其中i i V ∈α，s i ,,2,1Λ=。

现用12,,,-s σσσΛ分别作用分解式两边，可得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+++=+++=+++---0001212111221121s s s s s ss s αλαλαλαλαλαλαααΛΛΛΛΛΛΛΛΛ。

高等代数和解析几何第七章(1~3习题集)线性变换和相似矩阵答案解析

第七章线性变换与相似矩阵习题7.1习题7.1.1判别下列变换是否线性变换？（1）设是线性空间中的一个固定向量，（Ⅰ），，解：当时，显然是的线性变换；当时，有，，则，即此时不是的线性变换。

（Ⅱ），；解：当时，显然是的线性变换；当时，有，，则，即此时不是的线性变换。

（2）在中，（Ⅰ），解：不是的线性变换。

因对于，有，，所以。

（Ⅱ）；解：是的线性变换。

设，其中，，则有，。

（3）在中，（Ⅰ），解：是的线性变换：设，则，，。

（Ⅱ），其中是中的固定数；解：是的线性变换：设，则，，。

（4）把复数域看作复数域上的线性空间，，其中是的共轭复数；解：不是线性变换。

因为取，时，有，，即。

（5）在中，设与是其中的两个固定的矩阵，，。

解：是的线性变换。

对，，有，。

习题7.1.2在中，取直角坐标系，以表示空间绕轴由轴向方向旋转900的变换，以表示空间绕轴由轴向方向旋转900的变换，以表示空间绕轴由轴向方向旋转900的变换。

证明（表示恒等变换），，；并说明是否成立。

证明：在中任取一个向量，则根据，及的定义可知：，，；，，；，，，即，故。

因为，，所以。

习题7.1.3在中，，，证明。

证明：在中任取一多项式，有。

所以。

习题7.1.4设，是上的线性变换。

若，证明。

证明：用数学归纳法证明。

当时，有命题成立。

假设等式对成立，即。

下面证明等式对也成立。

因有，即等式对也成立，从而对任意自然数都成立。

习题7.1.5证明（1）若是上的可逆线性变换，则的逆变换唯一；（2）若，是上的可逆线性变换，则也是可逆线性变换，且。

证明：（1）设都是的逆变换，则有，。

进而。

即的逆变换唯一。

（2）因，都是上的可逆线性变换，则有，同理有由定义知是可逆线性变换，为逆变换，有唯一性得。

习题7.1.6设是上的线性变换，向量，且，，，都不是零向量，但。

证明，，，线性无关。

证明：设，依次用可得，得，而，故；同理有：，得，即得；依次类推可得，即得，进而得。

高等代数与解析几何第七章习题7答案

习题7.4习题7.4.1设A是一个n阶下三角矩阵。

证明：（1）如果A的对角线元素aii a(i,j1,2,,n)，则A必可对角化；jj（2）如果A的对角线元素a1122，且A不是对角阵，则aannA不可对角化。

证明：（1）因为A是一个n阶下三角矩阵，所以A的特征多项式为|E|()()()，又因a ii a jj(i,j1,2,,n)，所以A有Aa11aa nn22n个不同的特征值，即A有n个线性无关的特征向量，以这n个线性无1为对角阵，故A必关的特征向量为列构成一个可逆阵P，则有PAP可对角化。

1（2）假设A可对角化，即存在对角阵2，使得ABn与B相似，进而A与B有相同的特征值1,2,,。

又因为矩阵A的特n征多项式为n|EA|(a11)，所以12na11，从而a 11Ba22 aE11，于是对于任意非退化矩阵X，都有ann1，而A不是对角阵，必有X1BXBA，与1XBXXa11EXa11EB假设矛盾，所以A不可对角化。

习题7.4.2设n维线性空间V的线性变换有s个不同的特征值1，V i是i的特征子空间(i1,2,,s)。

证明：s,2,,（1）V1VV是直和；2s（2）可对角化的充要条件是 V 12。

VVVs证明：（1）取VV1V 的零向量0，写成分解式有2s1s0，其中iV i ，i1,2,,s 。

现用2, 2,,s1分别作用分解式两边，可得012s 01122ss。

s 1 1 1s 2 1 2s s 1 s 0写成矩阵形式为 11 s 1 1( , 1 , 2,s11 22s )。

(0,0,,0)1ss s11 1s 11 由于1,2,,是互不相同的，所以矩阵ss1122B 的行列式不1 ss s1 为零，即矩阵B 是可逆的，进而有 (11 1s BBB ，(1,2,,s )(0,0,,0)。

,,,)(0,0,,0)(0,0,,0) 2这说明V 1V 2V s 的零向量0的分解式是唯一的，故由定义可得 V 12是直和。

高职课件《高等数学》第七章空间解析几何课件

第 7 章空间解析几何
本章内容
1 空间直角坐标系和向量 2 向量的数量积与向量积 3 空间平面与直线的方程 4 曲面与空间曲线
7.1 空间直角坐标系和向量
7.1.1 空间直角坐标系
在空间取三条相互垂直空间直角坐标系 O-xyz。
利用前述负向量的概念,我们还可以定义两个向量 a 和 b 的差为：
a b = a b
按三角形法则，向量 a 和 b 的差 a b 的求法如下:把 a 与 b
的起点放在一起，则 a b 即是以 b 的终点为起点，以 a 的终点
为终点的向量(如图7-7所示)。
容易验证，向量的加法有下列运算规律：
通常把 x 轴，y 轴放置在水平平面上，z 轴垂直于水平平面，并规定x 轴，y 轴和z 轴的位置关系遵循右手螺旋法则：右手四指握拳,指向为x 轴的正向，然后四指沿握拳方向转向y 轴的正向，则大姆指所指方向为z轴正向(如图7-1所示)
在空间直角坐标系O-xyz 中，点O 称为坐标原点，简称原点； x 轴，y 轴，z 轴又分别称为横轴、纵轴与竖轴，三条数轴统称为坐标轴；由任意两条坐标轴所确定的平面称为坐标面，共有xOy、 yOz、zOx 三个坐标面；三个坐标面把空间分隔成八个部分，每个部分依次分别称为第一、第二直至第八卦限,其中第一卦限位于x， y，z 轴的正向位置，第二至第四卦限也位于xOy面的上方，按逆时针方向排列；第五卦限在第一卦限的正下方，第六至第八卦限
三角形法则还可以推广到求任意有限个向量的和。例如，已
知向量a ，b ，c ，d ，求 a + b + c + d 的和 AB。
根据自由向量的特点，只要依次把后一个向量的起点移至前一个向量的终点上，然后从a的起点向d 的终点所引的向量就是四

《高等代数与解析几何》课程分章节经典练习题及参考解答

《⾼等代数与解析⼏何》课程分章节经典练习题及参考解答公众号ID：campusinout关注本⽂推送的练习与典型例题及参考解答对应于《⾼等代数与空间解析⼏何》课程学习、考研等通⽤的经典教材，由陈志杰编写、⾼等教育出版社的《⾼等代数与空间解析⼏何(第⼆版)》教材. 这些课后习题都是学习该课程，或者线性代数学习提⾼应知应会的、⾮常经典的练习题，不管是对于课程学习、还是考研等相关内容的复习、备考，都应该逐题过关、熟练掌握！注：本⽂内容由学友整理⾃⽹络搜索的⽂档，分享转载仅供学习参考，如原出处不允许转载分享，请告知删除，谢谢！更多通⽤教材课后习题分享在逐步完善中...《⾼等代数解析⼏何》练习题解答第⼀章向量代数1.1 向量的线性运算1.2 向量的共线与共⾯1.3 ⽤坐标表⽰向量1.4 线性相关性与线性⽅程组1.5 n维向量空间1.6 ⼏何空间向量的内积1.7 ⼏何空间向量的外积1.8 ⼏何空间向量的混合积1.9 平⾯曲线的⽅程第⼆章⾏列式2.1 映射与变换2.2 置换的奇偶性2.3 矩阵2.4 ⾏列式的定义2.5 ⾏列式的性质2.6 ⾏列式按⼀⾏（⼀列）展开2.7 ⽤⾏列式解线性⽅程组的克拉默法则2.8 拉普拉斯定理第三章线性⽅程组与线性⼦空间3.1 ⽤消元法解线性⽅程组3.2 线性⽅程组的解的情况3.3 向量组的线性相关性3.4 线性⼦空间3.5 线性⼦空间的基与维数3.6 齐次线性⽅程组的解的结构3.7 ⾮齐次线性⽅程组的解的结构，线性流形第四章⼏何空间中的平⾯与直线4.1 ⼏何空间中平⾯的仿射性质4.2 ⼏何空间中平⾯的度量性质4.3 ⼏何空间中直线的仿射性质4.4 ⼏何空间中直线的度量性质4.5 平⾯束第五章矩阵的秩与矩阵的运算5.1 向量组的秩5.2 矩阵的秩5.3 ⽤矩阵的秩判断线性⽅程组的解的情况5.4 线性映射及其矩阵5.5 线性映射及矩阵的运算5.6 矩阵乘积的⾏列式与矩阵的逆5.7 矩阵的分块5.8 初等矩阵5.9 线性映射的象空间与核空间第六章线性空间与欧⼏⾥得空间6.1 线性空间及其同构6.2 线性⼦空间的和与直和6.3 欧⼏⾥得空间6.4 欧⼏⾥得空间中的正交补空间与正交投影6.5 正交变换与正交矩阵第七章⼏何空间的常见曲⾯7.1 ⽴体图与投影7.2 空间曲⾯与曲线的⽅程7.3 旋转曲⾯7.4 柱⾯与柱⾯坐标7.5 锥⾯7.6 ⼆次曲⾯7.7 直纹⾯7.8 曲⾯的交线与曲⾯围成的区域第⼋章线性变换8.1 线性空间的基变换与坐标变换8.2 基变换对线性变换矩阵的影响8.3 线性变换的特征值与特征向量8.4 可对⾓化线性变换8.5 线性变换的不变⼦空间第九章线性空间上的函数9.1 线性函数与双线性函数9.2 对称双线性函数9.3 ⼆次型9.4 对称变换及其典范形9.5 反称双线性函数9.6 ⾣空间9.7 对偶空间第⼗章坐标变换与点变换10.1 平⾯坐标变换10.2 ⼆次曲线⽅程的化简10.3 平⾯的点变换10.4 变换群与⼏何学10.5 ⼆次曲线的正交分类与仿射分类10.6 ⼆次超曲⾯⽅程的化简第⼗⼀章⼀元多项式的因式分解11.1 ⼀元多项式11.2 整除的概念11.3 最⼤公因式11.4 不定⽅程与同余式11.5 因式分解定理11.6 重因式11.7 多项式的根11.8 复系数与实系数多项式11.9 有理系数多项式第⼗⼆章多元多项式12.1 多元多项式12.2 对称多项式12.3 结式12.4 吴消元法12.5 ⼏何定理的机器证明第⼗三章多项式矩阵与若尔当典范形13.1 多项式矩阵13.2 不变因⼦13.3 矩阵相似的条件13.4 初等因⼦13.5 若尔当典范形13.6 矩阵的极⼩多项式第⼗四章若尔当典范形的讨论与应⽤14.1 若尔当典范形的⼏何意义14.2 简单的矩阵⽅程14.3 矩阵函数14.4 矩阵的⼴义逆14.5 矩阵特征值的范围。

高等代数与解析几何课件

•
b定义为一个
a • b | a || b | cos a,b .
量讨论内积、向量的长度、两个向量的夹角的关系.
代
a
b
数
b0
第
命题6.3 向量a与b垂直的充分必要条件是：ab 0.
一章 a,
b,
定理6.4 向量的内积有下列性质：对任意的向量
c以及实数k , 有 (IP1)对称性质a
要条件是：
a
b
c
0.
章
C
向
A
B
量
例1.2用向量方法证明：对角线互相平分的四边形
代是平行四边形 . D
O
C
数
A
B
第
向量的标量乘法
一
定义1.3 实数k与向量a的标量乘积ka是一个向量，它的长度是a的长度的| k | 倍，当k 0时它的方向与a
章向
相同，当k 0时方向与a相反.
（对M任1）意k的(m向a量 ) a(,kbm以)a及; 实数 k有：
（3）推广到有限个点线性流形.
量
（4）线性流形的基本特征.
（5）单纯形的概念.
代
例2.2 证明线性流形LM（A1，A2，，An )中任意
数两点M1，M 2一定包含在这个线性流形内.
第
思考题：线性流形的基本特征.
（1）“直”、“平”，（2）是否包含零向量.
一
例2.3 设a和b是两个非零向量.试证由它们的线性
数
第
问题：（1）讨论两个非零向量共线的性质；
一
（2）讨论三个点共线的条件；（3）讨论三个向量共面的性质；
章（4）讨论四个点共面的条件.
（5）将以上问题推广或一般化.

高数答案第七章

第七章空间解析几何与向量代数§向量及其线性运算必作题：P300 —301 ：1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 12, 13, 15, 18, 19. 必交题：1. 求点(aM分别关于⑴各坐标而：⑵"坐标轴：⑶坐标原点的对称点的坐标.解:(1) xoy 而(a,b, ? c)理oz 面(? a,b , c) , xoz 面(a 广bQ ;(2) ox 轴(a A brc) z oy 轴(? ab? c) , oz 轴(? a,-b,c);(2)关于原点(? a,-b? c)a3、坐标而上的点与坐标轴上的点的坐标各有什么特征，指出下列各点的位置A(3,4,0), 3(0,4,3), C(3,0,0), £ >(0-1,0).解: xoy 而：z=0, yoz 而：x=0> xoz 而：y=0 ?ox 轴：y=O,z=O. oy 轴：x=0,z=0, oz 轴：x=0z y=0tA在xoy而上，B在yoz而上，C在x轴上，D在y轴匕4、在z 轴上求与点AM, 1,7) 和点B(3,5,-2) 等距离的点的坐标.14 14 解:设 C (0, 0, z),有|AC| = |BC|,解得：z=—,所求点为(0Q —).9 95、设“ =a-b + 2c.v = -a + 3b-c, 试用a.b.c 表示2u-3v? 解：2M一3” = 5a —1 仍+ 7c5、已知两点和M,3,0.2), 求向的模，方向余弦和方向角.解：={-1-72,1} , = 2 ,方向余弦为cos a =~~方向角汀上疗= cos y =—"辛: :P = ---- t Y ——4 3解：设0 "戯的模厨 i 方向余弦= = = 求2={5},贝2 2* = x/J * “ = {o 丄苗}7、设有向疑片A , kR| = 2,它与x 轴、y 轴的夹角分别为彳和？如果已知人（1,0,3）,求g 的坐标.解：设巴的坐标为（x,y,z ） ?叶马={x-l,y,乙一 3},-八一! ■= cos —=—,所以x = 2 :I = cos-=八，所以 y = V2 ,又障可=2,,所以 J1 + 2 + (Z _3)2 =2,解得 z = 2 或 z =4,所以人的坐标为(2,72,2)或者(2,72,4).& 求平行于向疑方={6,7, — 6}的单位向量. ）{6,7,-6}，即必作题： P309-310 : 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9. 必交题：1、已知向量“ ={1, 一 2,2}与/? = {2,3,几}垂直，向 M c = {1,1,-2}与2={22平行，求兄和“的值解：？ =736 + 49 + 36 = 11,与N 平行的单位向疑为土丄数量积向量积混合积2、已知向Sa = 2i-3j + k9b = i-j + 3k 9c = i-2j A 别计算以下各式⑴(a A B)c-(a A c)b； (2) (a + b)x(b + c) ; (3) (axb A c.解:(1) - (a ? c)b = 8c - 8b = -8 了 - 24 斤(2) (A+b)x(b+c) = (A -4j+4k)x(2i-3j+3k) = -j-k2 一 31⑶(“ xb)0= 1-1 3=2 1 -2 0OAxOB ：解：-37-3j3、已知 OA=l+3k,OB = J + 3k f 求 AABO 的而积. AABO 的而积 S = A \OA X OB\ =.§曲面及其方程必作题；必交P318-319 : 1、2、5、6、7、8、9、10.1、一动点与两従点 A(2,3,l)和B(4,5,6)等距离，求该动点的轨迹方程解：设动点因为网=阿所以(x-2)2+(y-3) 2+(z-l) 2=(x-4) 2+(y-5)2 + (z-6)2，解得动点的轨迹方程为 2x + 2y + 5z.2、指出下列方程在平而解析几何和空间解析几何中分别表示什么图形2 2解：(DxOy 坐标而上椭圆一+ — = 1绕6轴旋转形成，或者妝力坐标而上椭圆一+ A - 4 =1绕6轴旋转形成。

线性代数与解析几何课后答案 (代万基廉庆荣)第7章习题答案

量。 2.解:由 A 为正交矩阵可知， A 的列向量组为标准正交向量组. 由 a1 与 a 2 正交，得
2k 2k 4 0, k 1. ，
经验证可知，当 k 1 时， a1 与 a 3 、 a 2 与 a 3 均正交。由 A 的第一列的长度等于 1 可得
m2 (2m)2 ( 2m)2 1
x1 2 x3 0 x2 2 x3 0
求得一个解为 x1 2, x2 2, x3 1.
v 2a1 2a2 a3 1, 4, 8 ，
T
1 v 1 4 . 在这两个基下有相同坐标的单位向量为 v 9 8
化简后的方程组为
x1 x2 2 x4 0 x1 x2 2 x4 ，即， 2 x2 x3 3x4 0 x3 2 x2 3x4
1 2 1 0 令 x2 k1 , x4 k2 , 得 x k1 k2 ，这就是与向量 a1 , a 2 , a 3 都正交的所有向 2 3 0 1
n
, an 是 V 的基，由 V R n , an 线
n 因而 R 的每个向量都可由 a1 , a2 , , an 也是 R n 的基，
n
性表示， R V ，故 V R .
n
11.解：设 v 是在基 a1 , a2 , a3 和 b1 , b2 , b3 下有相同坐标的向量，并设坐标为 x1 , x2 , x3 ，则 v x1a1 x2a2 x3a3 x1b1 x2b2 x3b3 ，即
T T
所以 V2 是向量空间。 (3) 是。
1 1 证： 1, , V3 ,V3 非空。 2 3