设向量α=(a1,a2,…,an)T,β=(b1,b2,…,bn)T都是非零向量,且满足条件αTβ=0。记n阶矩阵A=αβT。求: (Ⅰ)A2; (Ⅱ)矩阵A的特征值和特征向量。

admin2019-05-11  57

问题 设向量α=(a1,a2,…,an)T,β=(b1,b2,…,bn)T都是非零向量,且满足条件αTβ=0。记n阶矩阵A=αβT。求:
    (Ⅰ)A2
    (Ⅱ)矩阵A的特征值和特征向量。

选项

答案(Ⅰ)对等式αTβ=0两边取转置,有(αTβ)TTα=0,即βTα=0。 利用βTα=0及矩阵乘法的运算法则,有 A2=(αβT)2=αβTαβT=α(βTα)βT=α0βT=0αβT=0, 即A2是n阶零矩阵。 (Ⅱ)设λ是A的任一特征值,ξ(ξ≠0)是A属于特征值λ的特征向量,即Aξ=λξ。 对上式两边左乘A得A2ξ=Aλξ=λ(Aξ)=λ(λξ)=λ2ξ,由(Ⅰ)的结果A2=O,得λ2ξ=A2ξ=0,因ξ≠0,故λ=0(n重根),即矩阵的全部特征值为零。 下面求A的特征向量:先将A写成矩阵形式 A=αβT=[*]。 不妨设a1≠0,b1≠0,则有 [*] 于是得方程组(0E—A)x=0的同解方程组b1x1+b2x2+b3x3=0,这样基础解系所含向量个数为n一r(0E—A)=n一1。 选x2,…,xn为自由未知量,将它们的组值(b1,0,…,0),(0,b1,…,0),…,(0,0,…,b1)代入,可解得基础解系为 ξ1=(一b2,b1,0,…,0),ξ2=(一b3,0,b1,…,0),…,ξn-1=(一bn,0,0,…,b1), 则A的属于λ=0的全部特征向量为k1ξ1+k2ξ2+…+kn-1ξn-1,其中k1,k2,…,kn-1为不全为零的任意常数。

解析
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