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[2006年] 设三阶实对称矩阵A的各行元素之和都为3,向量α1=[-1,2,-1]T,α2=[0,-1,1]T都是齐次线性方程组AX=0的解. 求正交矩阵Q和对角矩阵Λ,使得QTAQ=Λ;
[2006年] 设三阶实对称矩阵A的各行元素之和都为3,向量α1=[-1,2,-1]T,α2=[0,-1,1]T都是齐次线性方程组AX=0的解. 求正交矩阵Q和对角矩阵Λ,使得QTAQ=Λ;
admin
2021-01-25
97
问题
[2006年] 设三阶实对称矩阵A的各行元素之和都为3,向量α
1
=[-1,2,-1]
T
,α
2
=[0,-1,1]
T
都是齐次线性方程组AX=0的解.
求正交矩阵Q和对角矩阵Λ,使得Q
T
AQ=Λ;
选项
答案
解一 将α
1
,α
2
正交化.令ξ
1
=α
1
=[-1,2,-1]
T
,则[*] 再分别将ξ
1
,ξ
2
,α
3
单位化,得到 [*] 其中Q为正交矩阵,且Q
T
AQ=Λ. 解二 下面不用正交化,凑出正交化的三个特征向量. 由于A只有一个重特征值λ
1
=λ
2
=0,所要求的A的3个两两正交的特征向量只需利用α
1
与α
2
的线性组合,找出一个与α
1
且同时与α
3
正交的特征向量即可,令 ξ
2
=α
1
+2α
2
=[-1,2,-1]
T
+2[0,-1,1]
T
=[-1,0,1]
T
. 显然,ξ
2
与α
1
=ξ
1
正交,同时也与α
3
正交,再将它们单位化,即 [*] 令Q=[η
1
,η
2
,η
3
],则Q为正交矩阵,且有Q
T
AQ=diag(0,0,3). 解三 设A的属于特征值λ
1
=λ
2
=0的特征向量β=[x
1
,x
2
,x
3
]
T
,则β与α
3
正交,即x
1
+x
2
+x
3
=0.求解此齐次方程即得属于λ
1
=λ
2
的两个线性无关的特征向量为 β
1
=[-1,1,0]
T
, β
2
=[1,1,-2]
T
. 显然β
1
与β
2
正交,β
1
,β
2
与α
3
也正交,将其单位化便得到所求的正交矩阵,即 [*] 且使Q
-1
AQ=diag(0,0,3)=Λ.
解析
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考研数学三
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