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A是n阶矩阵,数a≠b.证明下面3个断言互相等价: (1)(A一aE)(A一6E)=0. (2)r(A—aE)+r(A一bE)=n. (3)A相似于对角矩阵,并且特征值满足(λ一a)(λ一b)=0.
A是n阶矩阵,数a≠b.证明下面3个断言互相等价: (1)(A一aE)(A一6E)=0. (2)r(A—aE)+r(A一bE)=n. (3)A相似于对角矩阵,并且特征值满足(λ一a)(λ一b)=0.
admin
2017-10-21
51
问题
A是n阶矩阵,数a≠b.证明下面3个断言互相等价:
(1)(A一aE)(A一6E)=0.
(2)r(A—aE)+r(A一bE)=n.
(3)A相似于对角矩阵,并且特征值满足(λ一a)(λ一b)=0.
选项
答案
不妨设a和b都是A的特征值.(因为如果a不是A的特征值,则3个断言都推出A=bE.如果b不是A的特征值,则3个断言都推出A=aE) (1)→(2) 用关于矩阵的秩的性质,由(A一aE)(A一bE)=0.得到: r(A一aE)+r(A一bE)≤n, r(A一aE)+r(A一bE)≥r((A一aE)一(A一bE))=r((b一a)E)=n, 从而r(A一aE)+r(A一bE)=n. (2)→(3) 记k
a
,k
b
分别是a,b的重数,则有 k
a
≥n—r(A一aE)① k
b
≥n一r(A一bk)② 两式相加得n≥k
a
+k
b
≥n—r(A一aE)+n—r(A一bE)=n,于是其中“≥”都为”=”,从而① 和②都是等式,并且k
a
+k
b
=n. k
a
+k
b
=n,说明A的特征值只有a和b,它们都满足(λ一a)(λ一b)=0. ①和②都是等式,说明A相似于对角矩阵. (3)→(1) 4的特征值满足(λ一a)(λ一b)=0,说明A的特征值只有cz和6.设B是和A相似的对角矩阵,则它的对角线上的元素都是a或b,于是(B一aE)(B一bE)=0.而(A一aE)(A一bE)相似于(B一aE)(B一bE),因此(A—aE)(A一bE)=0.
解析
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考研数学三
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