第9题:
问答题
试证若n阶矩阵A满足A2-A=2E,则A一定相似于对角矩阵。
正确答案:
设λ是矩阵A的特征值,则矩阵f(A)=A2-A-2E的特征多项式为f(λ)=λ2-λ-2,所以有矩阵A的特征值只可能是2或-1。
①当λ=-1是A的特征值,而λ=2不是A的特征值,则有,A-2E,≠0,即(A-2E)可逆。由A2-A-2E=0得(A-2E)(A+E)=0,所以有(A-2E)-1(A-2E)(A+E)=(A-2E)-1·0,即A+E=0,A=-E。因此A相似与对角矩阵-E。
②当λ=2是A的特征值,而λ=-1不是A的特征值,同理于①,可得矩阵A相似与对角矩阵2E。
③当λ=2和λ=-1都是A的特征值,由(A-2E)(A+E)=0知r(A-2E)+r(A+E)≤n。又r(A-2E)+r(A+E)=r(2E-A)+r(A+E)≥r(2E-A+A+E)=r(3E)=n,所以r(A-2E)+r(A+E)=n,即[n-r(A-2E)]+[n-r(A+E)]=n。故两方程组(A-2E)X=0和(A+E)X=0的基础解系所含解向量的个数之和为n,所以A有n个线性无关的特征向量,故其可相似于对角矩阵。
解析:
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