设三阶实对称矩阵A的特征值分别为0,1,1,α1=是A的两个不同的特征向量,且A(α1+α2)=α2. (1)求参数a的值; (2)求方程组Ax=α2的通解; (3)求矩阵A; (4)求正交矩阵Q,使得QTAQ为对角矩阵.

admin2017-07-26  40

问题 设三阶实对称矩阵A的特征值分别为0,1,1,α1=是A的两个不同的特征向量,且A(α12)=α2
(1)求参数a的值;
(2)求方程组Ax=α2的通解;
(3)求矩阵A;
(4)求正交矩阵Q,使得QTAQ为对角矩阵.

选项

答案(1)若α1,α2均为λ1=0的特征向量,则有 A(α12)=Aα1+Aα2=0.α1+0.α2—0≠α2,矛盾. 若α12均为λ23=1的特征向量,则有 A(α12)==Aα1+Aα2=1.α1+1.α2≠α2,同样矛盾. 可见α1,α2是属于实对称矩阵A的两个不同特征值的特征向量,且α1是属于特征值λ1=0的特征向量,α2是属于特征值λ23=1的特征向量,根据实对称矩阵的性质,α1,α2必正交,故有 α1α2=1一a=0,得a=1. (2)因为A可对角化,且A=[*],可见秩r(A)=2,于是齐次线性方程组Ax=0的基础解系所含解向量的个数为3一r(A)=1.而Aα1=0.α1=0,因此α1可作为Ax=0的基础解系,又Aα22,α2是Ax=α2的特解.故Ax=α2的通解为 x=α2+kα1=[*],其中k为任意常数. (3)设λ23=1的另一特征向量为α3=[*],则α3与α1正交,不妨进一步要求α3与α2也正交,则有 [*] 由A[α1,α2,α3]=[λ1α1,λ2α2,λ3α3],得 A=[λ1α1,λ2α2,λ3α3].[α1,α2,α3]—1 [*] (4)因为α1,α2,α3已经两两正交,只需单位化: η1=[*] 令Q=[η1,η2,η3],则Q为正交矩阵,且有QTAQ=[*]

解析
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