人大版线性代数课后习题答案

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其中, 均为实数,而且 。
由于 ,故
A2=AAT= =0。
取A2的主对角线上的元素有
,(i=1,2,…,n)
因为, 均为实数,故所有 =0,因此A=O。
4、证明:如果A是奇数阶的反对称矩阵,则detA=0.
证明:设
A=
为奇数阶反对称矩阵,即n为奇数,且
=- ,i,j=1,2,…,n,
从|A|中每行提出-1,得
0.2
0.35
0.011
0.05
0.12
0.5
试利用矩阵乘法计算:
(1)经该港口出口到3个地区的货物价值、重量、体积分别各为多少?
(2)经该港口出口的货物总价值、总重量、总体积为多少?
解:(1) =
其中第一、二、三列分别表示北美、欧洲、非洲;
第一、二、三行分别表示价值、重量、体积。
(2) =
其中第一、二、三行分别表示总价值、总重量、总体积。
7、设A,B均为 阶对称矩阵,试判定下列结论是否正确,并说明理由。
(1) 为对称矩阵;
(2) 为对称矩阵( 为任意常数);
(3) 为对称矩阵。
证明:令n阶对称矩阵A= ,其中 ,i=1,2,…,n,j=1,2,…,n;
n阶对称矩阵A= ,其中 ,i=1,2,…,n,j=1,2,…,n;
(1)正确。
显然A+B= ,又 , ,其中i=1,2,…,n,j=1,2,…,n;
(1)
(2)
(3)
(4) 。
证明:(1)因为A,B为 阶矩阵,所以A+B也为n阶矩阵,并设A+B=
根据矩阵加法的定义,可知: ,所以 因此, = + ,即 。
(2)因为A为 阶矩阵,所以kA也为n阶矩阵,并设kA= 。
根据矩阵加法的定义,可知: ,所以 。
因此, = = ,即 。
(3)令AT=
根据矩阵转置的定义可知, ,
14、设 为同阶矩阵,且满足 。求证: 的充分必要条件是
.
证明:先证明必要性:由于 ,故
…………(1)
如果A2=A,即
由此得B2=E
再证充分性:若B2=E,则由(1)式可知,

所以, 的充分必要条件是 。
15、设 为 阶矩阵,称 的主对角线上所有元的和为 的迹,记作 ,即 。
求证:当 均为 阶矩阵时,有
(1)作矩阵 和 分别表示三个炼油厂1997年和1998年各种油品的产量;
(2)计算 与 ,并说明其经济意义;
(3)计算 ,并说明其经济意义。
解:(1) ,

(2) ,
其经济意义表示三个炼油厂1997年和1998年两年各种油品产量的和。

其经济意义表示三个炼油厂在1997年和1998年两年之间各种油品产量的变化量。
所以 = ,
即A+B为对称矩阵。
(2)正确。
显然kA= ,又 ,其中i=1,2,…,n,j=1,2,…,n;
所以 = ,
即kA为对称矩阵。
(3)错误。
设对称矩阵A和B分别为:
, ;
所以 ,显然AB不为对称矩阵。
8、求所有与 可交换的矩阵
(1) ;(2) 。
解:(1)显然与A可交换的矩阵必为二阶方阵,设为X,并令 ,
又 ,

由可交换条件AX=XA,可得b=0, (其中 为任意常数),
即 。
(2)显然与A可交换的矩阵必为三阶方阵,设为X,并令 ,
又 ,

由可交换条件XA=AX,可得d=0,g=0,h=0,c=0,a=e=i,b=f,(其中a,e,i,b,f均为任意常数),
即 。
9、设矩阵 与矩阵 均可交换,求证: 与 也可交换,且 。
故 = = 。
10、证明:n阶行列式
(1) ;
(2) .
证明:(1)令所给的矩阵为Dn,并按第一列展开得

所以 = =
=…= = 。
(2)令所给的行列式为Dn,并按第一列分成两个行列式相加,然后对第一个行列式从第一列开始,每列乘-b后往下一列加,即得
Dn= +
= +bDn-1= =
=…= = 。
11、证明:n阶行列式
6、设A、B均为n阶可逆矩阵,则下列各式中有哪些一定成立?为什么?
(1) ;(2) ;
(3) (k为正整数);(4) (k为正整数);
(5) ;(6) ;
(7) ;(8) 。
答:一定成立的有(1),(3),(4),(5),(7)。
7、已知 ,令 ,求 (n为正整数).
解:因为 =
= ,
其中 = =3,
20、证明:
(1) ;
(2) 。
证明:(1) = +
= -
= +
=2 。
(2) = +
= -
= 。
21、计算下列n阶行列式:
(1) ;
(2) ;
(3) ;
(4) ;
(5) 。
解:(1)各列都加到第一列后,再从第一列中提取 ;然后,第一行乘以-1后加到其余各行,得
=( )
=( )
= 。
(2) = · ,
(3) ,
其经济意义表示三个炼油厂在1997年和1998年两年各种油品的平均产量。
4、计算下列矩阵的乘积
(1) ;(2) ;
(3) ;(4) ;
(5) ;(6) ;
(7) 。
解:(1) 。
(2) 。
(3) 。
(4) 。
(5) 。
(6) 。
(7) 。
5、如图,考虑边长为2的正方形 :设其顶点和各边中点的坐标分别为
(2)令
则矩阵U的每一列依次为 的坐标,如下图所示。

则矩阵 的每一列依次为点 的坐标。如图所示。
6、设某港口在某月份出口到3个地区的两种货物 的数量以及它们一单位的价格、重量和体积如下表:
出地
口区

货物
北美欧洲非洲
单位价格
(万元)
单位重量
单位体积
2000 1000 800
1200 1300 500
的第 行第 列为 。
12、设 ,对于 阶矩阵 ,定义
其中 为 阶单位矩阵。
(1)如果 , ,求 ;
解:依定义得:

(2)如果 , ,求 .
解:依定义得:
= - + = 。
13、写出下列图 的邻接矩阵,并分别计算各邻接矩阵的平方。
解:(1)设邻接矩阵为A,则
A= ,A2= 。
(2)设邻接矩阵为A,则
A= ,A2= 。
根据矩阵的乘法,有
=
又AC=CA,因此,
=
=
= 。
14、设3阶矩阵A、B满足关系式

其中
求B.
解:因为
所以,B= 。
15、设4阶矩阵

且矩阵A满足关系式 ,其中E是4阶单位矩阵。试将上式化简并求出矩阵A.
解:

而 = ,再利用矩阵初等变换即可求出 。
所以A= 。
第1章矩阵
1、设


解: ;


2、设矩阵 满足 ,其中
|A|= = = =-|A|
(因为n为奇数,且|AT|=|A|),故得|A|=0。
5、设A、B、C均为n阶矩阵,且满足ABC=E,则下列各式中哪些必定成立,理由是什么?
(1)BCA=E;(2)BAC=E;(3)ACB=E;
(4)CBA=E;(5)CAB=E。
答:第(1),(5)必定成立。因为ABC=E,说明BC是A的逆矩阵,AB是C的逆矩阵,则(1),(5)必定成立。但是由于可能有 , ,所以其他的不一定成立。
D= = 。
(4)设所给的行列式为D,把各行都加到第一行,并在第一行中提取n-1,得
D= = = 。
(5)设所给的行列式为D,把第一列加到第二列,依次把第j-1列加到到第j列(j=1,2,…,n),得
D= = 。
22、解方程
(1) ;
(2) 。
解:(1)将所给的行列式的第一行乘以-1,加到其他行,得

再证n=k+1时也成立。

(3) = ,可用数学归纳法证明之。
(4)
当n=1时,值为原矩阵;
当n=2时, ;
当n=3时, ;
当 时, 。
(5) = ;
(6) ,
由直接计算可知A2=4E。
由此进一步得知:
11、设 为 阶矩阵。试分别求 , 与 的第 行第 列。
解: 的第 行第 列为 ,
的第 行第 列为 ,
第1章
矩阵
习题一
(B)
1、证明:矩阵A与所有n阶对角矩阵可交换的充分必要条件是A为n阶对角矩阵.
证明:先证明必要性。若矩阵A为n阶对角矩阵.即
令n阶对角矩阵为:
A= ,
任何对角矩阵B设为 ,则AB= ,
而BA= ,所以矩阵A与所有n阶对角矩阵可交换。
再证充分性,设A= ,
与B可交换,则由AB=BA,得:
= = =6123000。
(4)从第二行提取2之后,跟第一行互换,得
= = =8。
(5)把第二、三、四行均加到第一行,并在第一行中提取8,得
= = = =512。
(6)把第二、三、四行均加到第一行,并在第一行中提取10,得
= = = =160。
(7)这是一个第二行元素为1、2、3、4的范得蒙行列式,因此
2)若detA=0,且A=O,则 =0,因而det = 0,结论成立。
3)若detA=0,且AO,此时必有det = 0。因为若det 0,则 可逆,于是在 =O两边左乘 ,得A=O,与AO矛盾。即此时结论也成立。 证毕。
13、设A、B、C、D均为n阶矩阵,且 ,AC=CA.求证:
证明:因为 ,所以矩阵A可逆。
, ,

解:设 ,
则 , 。
利用矩阵相等的定义可得:

3、某石油公司所属的三个炼油厂 在1997年和1998年生产的4种油品 的产量如下表(单位:万吨)
产油
量品
炼油厂
1997年
1998年
58 27 15 4
72 30 18 5
65 25 14 3
63 25 1Hale Waihona Puke Baidu 5
90 30 20 7
80 28 18 5
显然,当n=1时,原行列式的值为 。
当n=2时,
= = 。
当 时,将第2行到第n行的元素减去第一行相应的元素,得到
= 。
然后,将各行的公因子提出得
= =0(因为有两行的元素是相等的)。
所以,综合有:当n=1时,原式= ,
当n=2时, 原式= ,
当n 3时,原式=0。
(3)设所给的行列式为D,从最后一列依次往前一列加,得
证明:因为矩阵A与矩阵 可交换,即 , ,
所以 = + = + = ,
即矩阵 与 可交换。
又 ,
即矩阵 与 也可交换。
所以 由 有: = - = 。
10、计算(其中n为正整数)
(1) ;(2) ;
(3) ;(4) ;
(5) ;(6) ;
解:(1) = 。
(2) = 。下面用数学归纳法证明。
当n=1时,当然成立。假定n=k时成立,即
= ,
比较对应元素,得
, 。
又 , ,所以
, ,
即A为对角矩阵。
2、证明:对任意 矩阵A, 和 均为对称矩阵.
证明:( )T=(AT)TAT=AAT,
所以, 为对称矩阵。
( )T=AT(AT)T=ATA,
所以, 为对称矩阵。
3、证明:如果A是实数域上的一个对称矩阵,且满足 ,则A=O.
证明:设
A= ,
(1) 用矩阵 分别左乘给定的
正方形各顶点和各边中点坐标,设得到的点依次为
试作出由这些点构成的平面图形;
(2)考虑矩阵
分别在当 和 时,用 左乘原正方形各顶点和各边中点的坐标,若设所得到的点的坐标 和 分别作出由这两组点构成的平面图形。
解:(1)以 的坐标为列构造28矩阵V,令
则矩阵W的每一列依次为 的坐标。如图所示。
所以 = = 。
8、计算行列式
解:用D表示所给的行列式,把D分成两个行列式相加:
D= +
将右边第一个行列式的第一列加到第二、第四列,用-1乘第一列后加到第三列;将第二个行列式变成三阶行列式后再拆成两个三阶行列式相加,
D= - -
= 。
9、设A为m阶方阵,B为n阶方阵,且 , 。如果

求detC.
解:把C通过mn次的相邻换行之后,即可把C化为C1,且
=
= =0。
所以x=1,2,…,n-1。
(2)将所给的行列式的最后一列分别乘以 加到第n,n-1,…,1列,得
解:(1) = +
= + =-8+0=-8。
(2) = +
= = -0
= =8。
19、计算下列行列式
(1) ;
(2) ;
(3) ;(4) ;
(5) 。
解:(1) =
=
=
= 。
(2)将第二、三、四列展开得:
原式=
=
= + =0。
(3) = +
= 。
(4)按第一列展开
= + = 。
(5)按最后一列展开
= + = 。
= =12。
(8)最后一列乘以-1后,加到第一列,并按最后一行展开,得
= = = =-192。
17、解方程
(1) ;(2) 。
解:(1) = = =1。
即解方程 ,因此x=3或-1。
(2) =(x+2)(x-1)=0。
所以方程的解为:x=1或-2。
18、设3阶行列式 ,计算下列行列式:
(1) ;(2) 。
又 ,
所以 = ,
即: 。
(4)令AB=C= ,AB=D= ,
其中 ,

显然,当 时, ,
于是 ,即 。
16、计算下列行列式
(1) ;(2) ;
(3) ;(4) ;
(5) ;(6) ;
(7) ;(8) 。
解:(1) = =1。
(2) = = =12。
(3)第一列乘-1加到第二列,并从第二列提取1000,得
(1) ;
(2) .
证明:(1)令 , ,则有
,xy=1。
而且由于 ,故 ,从而由第十题的结果直接得
Dn= = 。
(2)令所给的矩阵为Dn,按第一列展开,并应用(1)的结果,得
Dn=
- = -
= = 。
12、设A是n阶矩阵 ,求证: 。
证明:由 的定义可知, ,两边取行列式,得

下面进行讨论。1)若detA0,则由上式立即就有 。
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