1、考研数学二(线性代数)-试卷 25 及答案解析(总分:76.00,做题时间:90 分钟)一、选择题(总题数:11,分数:22.00)1.选择题下列每题给出的四个选项中,只有一个选项符合题目要求。(分数:2.00)_2.齐次线性方程组的系数矩阵 A 45 = 1 , 2 , 3 , 4 , 5 经过初等行变换化成阶梯形矩阵为 (分数:2.00)A. 1 不能由 3 , 4 , 5 线性表出B. 2 不能由 1 , 3 , 5 线性表出C. 3 不能由 1 , 2 , 5 线性表出D. 4 不能由 1 , 2 , 3 线性表出3.设 A 为 mn 矩阵,齐次线性方程组 AX=0 仅有零解的充分条件
2、是 ( )(分数:2.00)A.A 的列向量线性无关B.A 的列向量线性相关C.A 的行向量线性无关D.A 的行向量线性相关4.设 A 为 n 阶实矩阵,则对线性方程组(I)aX=0 和()A T AX=0,必有 ( )(分数:2.00)A.()的解是()的解,()的解也是()的解B.()的解是()的解,但()的解不是()的解C.()的解不是()的解,()的解也不是()的解D.()的解是()的解,但()的解不是()的解5.已知 1 , 2 是 AX=b 的两个不同的解, 1 , 2 是相应的齐次方程组 AX=0 的基础解系,k 1 ,k 2 是任意常数,则 AX=b 的通解是 ( )(分数:2
3、.00)A.k 1 1 +k 2 ( 1 + 2 )+ B.k 1 1 +k 2 ( 1 - 2 )+ C.k 1 1 +k 2 ( 1 一 2 )+ D.k 1 1 +k 2 ( 1 一 2 )+ 6.设 A 是 mn 矩阵,线性非齐次方程组为 AX=b 对应的线性齐次方程组为 AX=0 则 ( )(分数:2.00)A.有无穷多解仅有零解B.有无穷多解有无穷多解C.仅有零解有唯一解D.有非零解有无穷多解7.设 A 是 mn 矩阵,则方程组 AX=b 有唯一解的充分必要条件是 ( )(分数:2.00)A.m=n,且|A|0B.AX=0 有唯一零解C.A 的列向量组 1 , 2 , n 和 1
4、, 2 , n ,b 是等价向量组D.r(A)=n,b 可由 A 的列向量线性表出8.设矩阵 Amn 的秩,r(A)=r(A|b)=mn,则下列说法错误的是 ( )(分数:2.00)A.AX=0 必有无穷多解B.AX=b 必无解C.AX=b 必有无穷多解D.存在可逆阵 P,使 Ap=E m O9.设 A 是 45 矩阵,且 A 的行向量组线性无关,则下列说法错误的是 ( )(分数:2.00)A.A T X=0 只有零解B.A T AX=0 必有无穷多解C.对任意的 b,A T X=b 有唯一解D.对任意的 b,AX=b 有无穷多解10.设 A 是 ms 矩阵,B 是 sn 矩阵,则齐次线性方程
5、组 BX=0 和 ABX=0 是同解方程组的一个充分条件是 ( )(分数:2.00)A.r(A)=mB.r(A)=sC.r(B)=sD.r(B)=n11.设 A,B 是 n 阶方阵,X,Y,b 是 n1 矩阵,则方程组 (分数:2.00)A.r(A)=r(A|b),r(B)任意B.AX=b 有解,BY=0 有非零解C.|A|0,b 可由 B 的列向量线性表出D.|B|0,b 可由 A 的列向量线性表出二、填空题(总题数:8,分数:16.00)12.已知一 2 是 (分数:2.00)填空项 1:_13.设 n 阶矩阵 A 的元素全是 1,则 A 的 n 个特征值是 1(分数:2.00)填空项 1
6、:_14.设 A 是三阶矩阵,已知|A+E|=0,|A+2E|=0,|A+3E|=0,则|A+4E|= 1(分数:2.00)填空项 1:_15.设 A 是三阶矩阵,|A|=3,且满足|A 2 +2A|=0,|2A 2 +A|=0,则 A*的特征值是 1(分数:2.00)填空项 1:_16.设 A 是 n 阶实对称阵, 1 , 2 , n 是 A 的 n 个互不相同的特征值, 1 是 A 的对应于 1 的一个单位特征向量,则矩阵 B=A 1 1 1 T 的特征值是 1(分数:2.00)填空项 1:_17.设三阶矩阵 (分数:2.00)填空项 1:_18.矩阵 (分数:2.00)填空项 1:_19
7、.设 A 是 n 阶矩阵, 是 A 的 r 重特征根,A 的对应于 的线性无关的特征向量是 k 个,则 k 满足 1(分数:2.00)填空项 1:_三、解答题(总题数:19,分数:38.00)20.解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。(分数:2.00)_21.已知 =1,k,1 T 是 A -1 的特征向量,其中 (分数:2.00)_22.设矩阵 (分数:2.00)_23.已知 =1,1,一 1 T 是矩阵 (分数:2.00)_24.设矩阵 (分数:2.00)_25.设 A 是三阶实对称阵, 1 =一 1, 2 = 3 =1 是 A 的特征值,对应于 1 的特征向量为 1 =0,1,
8、1 T ,求 A(分数:2.00)_26.设 A 是 n 阶正定矩阵,E 是 n 阶单位矩阵,证明:A+E 的行列式大于 1(分数:2.00)_27.设 A 是 n 阶方阵,2,4,2n 是 A 的 n 个特征值,E 是 n 阶单位阵计算行列式|A 一 3E|的值(分数:2.00)_28.设矩阵 (分数:2.00)_29.设 A 为 3 阶矩阵, 1 , 2 , 3 是 A 的三个不同特征值,对应的特征向量为 1 , 2 , 3 ,令 = 1 + 2 + 3 (1)证明:,A,A 2 线性无关; (2)若 A 3 =A,求秩 r(AE)及行列式|A+2E|(分数:2.00)_30.设 (分数:
9、2.00)_31.设三阶实对称阵 A 的特征值为 1,2,3,A 的属于特征值 1,2 的特征向量分别是 1 =一 1,一 1,1 T , 2 =1,一 2,一 1 T ,求 A(分数:2.00)_32.证明:AB,其中 (分数:2.00)_33.设 A 是 n 阶矩阵,满足 A 2 =A,且 r(A)=r(0rn),证明: (分数:2.00)_34.设 A,B 均为 n 阶矩阵,A 有 n 个互不相同的特征值,且 AB=BA,证明:B 相似于对角阵(分数:2.00)_35.设 =a 1 ,a 2 ,a n T 0,A= T ,求可逆阵 P,使 P -1 AP=A(分数:2.00)_36.设
10、A=E+ T ,其中 =a 1 ,a 2 ,a n T 0,=b 1 ,b 2 ,b n T 0,且 T =2 (1)求 A 的特征值和特征向量; (2)求可逆矩阵 P,使得 P -1 AP=A(分数:2.00)_37.设向量 =a 1 ,a 2 ,a n T ,=b 1 ,b 2 ,b n T 都是非零向量,且满足条件 T =0,记 n 阶矩阵 A= T ,求: (1)A 2 ; (2)A 的特征值和特征向量; (3)A 能否相似于对角阵,说明理由(分数:2.00)_38.设 a 0 ,a 1 ,,a n-1 是 n 个实数,方阵 (分数:2.00)_考研数学二(线性代数)-试卷 25 答案
11、解析(总分:76.00,做题时间:90 分钟)一、选择题(总题数:11,分数:22.00)1.选择题下列每题给出的四个选项中,只有一个选项符合题目要求。(分数:2.00)_解析:2.齐次线性方程组的系数矩阵 A 45 = 1 , 2 , 3 , 4 , 5 经过初等行变换化成阶梯形矩阵为 (分数:2.00)A. 1 不能由 3 , 4 , 5 线性表出B. 2 不能由 1 , 3 , 5 线性表出C. 3 不能由 1 , 2 , 5 线性表出D. 4 不能由 1 , 2 , 3 线性表出 解析:解析: i 能否由其他向量线性表出,只须将 i 视为是非齐次方程的右端自由项(无论它原在什么位置)有
12、关向量留在左端,去除无关向量,看该非齐次方程是否有解即可由阶梯形矩阵知, 4 不能由 1 , 2 , 3 线性表出3.设 A 为 mn 矩阵,齐次线性方程组 AX=0 仅有零解的充分条件是 ( )(分数:2.00)A.A 的列向量线性无关 B.A 的列向量线性相关C.A 的行向量线性无关D.A 的行向量线性相关解析:解析:A 的列向量线性无关 AX=0 唯一零解,是充要条件,当然也是充分条件4.设 A 为 n 阶实矩阵,则对线性方程组(I)aX=0 和()A T AX=0,必有 ( )(分数:2.00)A.()的解是()的解,()的解也是()的解 B.()的解是()的解,但()的解不是()的解
13、C.()的解不是()的解,()的解也不是()的解D.()的解是()的解,但()的解不是()的解解析:解析:方程 AX=0 和 A T AX=0 是同解方程组5.已知 1 , 2 是 AX=b 的两个不同的解, 1 , 2 是相应的齐次方程组 AX=0 的基础解系,k 1 ,k 2 是任意常数,则 AX=b 的通解是 ( )(分数:2.00)A.k 1 1 +k 2 ( 1 + 2 )+ B.k 1 1 +k 2 ( 1 - 2 )+ C.k 1 1 +k 2 ( 1 一 2 )+ D.k 1 1 +k 2 ( 1 一 2 )+ 解析:解析:(A),(C)中没有非齐次特解,(D)中两个齐次解 1
14、 与 1 一 2 是否线性无关未知,而(B)中因 1 , 2 是基础解系,故 1 , 1 一 2 仍是基础解系, 6.设 A 是 mn 矩阵,线性非齐次方程组为 AX=b 对应的线性齐次方程组为 AX=0 则 ( )(分数:2.00)A.有无穷多解仅有零解B.有无穷多解有无穷多解 C.仅有零解有唯一解D.有非零解有无穷多解解析:解析:(C),(D)中均有可能无解有无穷多解,记为 k 1 1 +k n-r n-r +,则有解 k 1 1 +k 2 2 +k n-r n-r ,故(A)不正确,故选(B)7.设 A 是 mn 矩阵,则方程组 AX=b 有唯一解的充分必要条件是 ( )(分数:2.00
15、)A.m=n,且|A|0B.AX=0 有唯一零解C.A 的列向量组 1 , 2 , n 和 1 , 2 , n ,b 是等价向量组D.r(A)=n,b 可由 A 的列向量线性表出 解析:解析:r(A)=n,b 可由 A 的列向量组线性表出,即为 r(A)=r(A|b)=n,AX=b 有唯一解(A)是充分条件,但非必要条件,(B)是必要条件,但非允分条件(可能无解),(C)是必要条件,但非充分条件(b 由 1 , 2 , n 表出,可能不唯一)8.设矩阵 Amn 的秩,r(A)=r(A|b)=mn,则下列说法错误的是 ( )(分数:2.00)A.AX=0 必有无穷多解B.AX=b 必无解 C.A
16、X=b 必有无穷多解D.存在可逆阵 P,使 Ap=E m O解析:解析:因 r(A)=r(A|b)=mnAX=b 必有解9.设 A 是 45 矩阵,且 A 的行向量组线性无关,则下列说法错误的是 ( )(分数:2.00)A.A T X=0 只有零解B.A T AX=0 必有无穷多解C.对任意的 b,A T X=b 有唯一解 D.对任意的 b,AX=b 有无穷多解解析:解析:r(A)=4,A T 是 54 矩阵,方程组 A T X=b,对任意的 b若有解,则必有唯一解,但可能无解,即可能 r(A T )=r(A)=4r(A T |b)=5,而使方程组无解 其余(A),(B),(D)正确,自证10
17、.设 A 是 ms 矩阵,B 是 sn 矩阵,则齐次线性方程组 BX=0 和 ABX=0 是同解方程组的一个充分条件是 ( )(分数:2.00)A.r(A)=mB.r(A)=s C.r(B)=sD.r(B)=n解析:解析:显然 BX=0 的解,必是 ABX=0 的解,又因 r(A)=s,即 A 的列向量组线性无关,从而若 AY=0,则必 Y=0(即 AY=0 有唯一零解),故 ABX=0 必有 BX=0,即 ABX=0 的解也是 BX=0 的解,故选(B),其余的均可举例说明11.设 A,B 是 n 阶方阵,X,Y,b 是 n1 矩阵,则方程组 (分数:2.00)A.r(A)=r(A|b),r
18、(B)任意 B.AX=b 有解,BY=0 有非零解C.|A|0,b 可由 B 的列向量线性表出D.|B|0,b 可由 A 的列向量线性表出解析:解析:二、填空题(总题数:8,分数:16.00)12.已知一 2 是 (分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:一 4)解析:解析:由|EA|=|一 2EA|=0,可求得 x=一 413.设 n 阶矩阵 A 的元素全是 1,则 A 的 n 个特征值是 1(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:0(n 一 1 重根),n(单根))解析:解析:14.设 A 是三阶矩阵,已知|A+E|=0,|A+2E|=0,|A+3E|=0,则
19、|A+4E|= 1(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:6)解析:解析:由|A+E|=|A+2E|=|A+3E|=0,知 A 有特征值=一 1,一 2,一 3,A+4E 有 =3,2,1,故|A+4E|=615.设 A 是三阶矩阵,|A|=3,且满足|A 2 +2A|=0,|2A 2 +A|=0,则 A*的特征值是 1(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:*)解析:解析:|A|A+2E|=0,因|A|=3,则|A+2E|=0,故 A 有特征值 1 =一 2 因|A|=3= 1 2 3 ,故 3 =3 故 A*有特征值 16.设 A 是 n 阶实对称阵, 1
20、, 2 , n 是 A 的 n 个互不相同的特征值, 1 是 A 的对应于 1 的一个单位特征向量,则矩阵 B=A 1 1 1 T 的特征值是 1(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:0, 2 , 3 , n)解析:解析:因 A 是实对称阵, 1 , 2 , n 互不相同,对应的特征向量 1 , 2 , n 相互正交,故 B i =(A 1 1 1 T ) i = 17.设三阶矩阵 (分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:一 1)解析:解析:18.矩阵 (分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:=4)解析:解析:因 得 =4或有 AX=4X,即1
21、9.设 A 是 n 阶矩阵, 是 A 的 r 重特征根,A 的对应于 的线性无关的特征向量是 k 个,则 k 满足 1(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:1kr)解析:三、解答题(总题数:19,分数:38.00)20.解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。(分数:2.00)_解析:21.已知 =1,k,1 T 是 A -1 的特征向量,其中 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:由题设 A -1 =, 是 A -1 的对应于 的特征值,两边左乘 A,得=A,A -1 可逆, 0, ,即 对应分量相等,得 得 2+2k=k(3+k),k 2 +k 一2=0,得 k
22、=1 或 k=-2 当 k=1 时,=1,1,1 T ,=4, 当 k=-2 时,=1,一 2,1 T ,=1, )解析:22.设矩阵 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:A 有三个线性无关的特征向量,=2 是二重特征值,故特征矩阵 2E-A 的秩应为1 解得 x=2,y=-2,故 )解析:23.已知 =1,1,一 1 T 是矩阵 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:(1)设 A 的特征向量 所对应的特征值为 ,则有 A=,即 解得 =一 1,a=-3,b=0 (2)当 a=-3,b=0 时,由 知 =一 1 是 A 的三重特征值,但 )解析:24.设矩阵 (分数:2.00)_正确
23、答案:(正确答案:A*= 0 ,左乘 A,得 AA*=|A|=一 = 0 A即 由,解得 0 =1,代入,得 b=一 3,a=c 由|A|=一 1,a=c,有 )解析:25.设 A 是三阶实对称阵, 1 =一 1, 2 = 3 =1 是 A 的特征值,对应于 1 的特征向量为 1 =0,1,1 T ,求 A(分数:2.00)_正确答案:(正确答案: 2 = 3 =1 有两个线性无关特征向量 2 , 3 ,它们都与 1 正交,故可取 2 =1,0,0 T , 3 =0,1,一 1 T ,且取正交矩阵 )解析:26.设 A 是 n 阶正定矩阵,E 是 n 阶单位矩阵,证明:A+E 的行列式大于 1
24、(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:A 为 n 阶正定矩阵,则 A 的特征值 1 0, 2 0, n 0因而 A+E的特征值分别为 1 +11, 2 +11, n +11,则|A+E|=( 1 +1)( 2 +1)( n +1)1)解析:27.设 A 是 n 阶方阵,2,4,2n 是 A 的 n 个特征值,E 是 n 阶单位阵计算行列式|A 一 3E|的值(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:若 为 A 的特征值,则 一 3 为 A 一 3E 的特征值所以 A 一 3E 的特征值为一1,1,3,2n 一 3,故|A 一 3E|=(一 1)13(2n 一 3)=一(2n 一 3)!)解
25、析:28.设矩阵 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:(1)|A 一 E|=( 一 1)(+1) 2 一(2+y)+(2y 一 1)=0 y=2 (2)A为对称矩阵,要使(AP) T (AP)=P T A 2 P 为对角矩阵,即将实对称矩阵 A 2 对角化 由(1)得 A 的特征值 1 =一 1, 2,3 =1, 4 =3,故 A 2 的特征值 1,2,3 =1, 4 =9且 A 2 的属于特征值 1,2,3 =1 的正交单位化的特征向量为 A 2 的属于特征值 4 =9 的正交单位化的特征向量为 令 P=p 1 ,p 2 ,p 3 ,p 4 = )解析:29.设 A 为 3 阶矩阵,
26、1 , 2 , 3 是 A 的三个不同特征值,对应的特征向量为 1 , 2 , 3 ,令 = 1 + 2 + 3 (1)证明:,A,A 2 线性无关; (2)若 A 3 =A,求秩 r(AE)及行列式|A+2E|(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:(1)设 k 1 +k 2 A+k 3 A 2 =o, 由题设 A i = i i (i=1,2,3),于是 A=A 1 +A 2 +A 3 = 1 1 + 2 2 + 3 3 , A 2 = 1 2 1 + 2 2 2 + 3 2 3 ,代入式整理得 (k 1 +k 2 1 +k 3 1 2 ) 1 +(k 1 +k 2 2 +k 3 2 2
27、 ) 2 +(k 1 +k 2 3 +k 3 3 2 ) 3 =0 因为 1 , 2 , 3 是三个不同特征值对应的特征向量,必线性无关,于是有 其系数行列式 0,必有 k 1 =k 2 =k 3 =0,故 ,A,A 2 线性无关 (2)由 A 3 =A 有 A,A,A 2 =A,A 2 ,A 3 =A,A 2 ,A=,A,A 2 令 P=,A,A 2 ,则 P 可逆,且 从而有 r(AE)=r(BE)=r =2 |A+2E|=|B+2E|= )解析:30.设 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:|E 一 A|= =( 一 9) 2 =0, 1 =0, 2 = 3 =9 )解析:31.设
28、三阶实对称阵 A 的特征值为 1,2,3,A 的属于特征值 1,2 的特征向量分别是 1 =一 1,一 1,1 T , 2 =1,一 2,一 1 T ,求 A(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:=3 对应的特征向量应与 1 , 2 正交,设 3 =x 1 ,x 2 ,x 3 T ,则应有 解得 3 =1,0,1 T )解析:32.证明:AB,其中 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:由 A 知,A 的全部特征值是 1,2,n,互不相同,故 A 相似于由其特征值组成的对角阵 B 由于 1 =1 时,( 1 E-A)X=0,有特征向量 1 =1,0,0 T ; 2 =2 时,( 2 E
29、-A)X=0,有特征向量 2 =0,1,0 T ; n =n 时,( n E-A)X=0,有特征向量 n =0,0,1 T 故有 A n =n n ,A n-1 =(n 一 1) n-1 ,A 1 = 1 , 即 A n , n-1 , 1 =n n ,(n-1) n-1 , 1 = n , n-1 , 1 故得可逆阵 )解析:33.设 A 是 n 阶矩阵,满足 A 2 =A,且 r(A)=r(0rn),证明: (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:A 2 =A,A 的特征值的取值为 1,0,由 AA 2 =A(E-A)=0 知 r(A)+r(EA)n, r(A)+r(E 一 A)r(A+
30、E 一 A)=r(E)=n, 故 r(A)+r(EA)=n,r(A)=r,从而 r(E 一 A)=n 一 r 对=1,(E-A)X=0,因 r(E 一 A)=n 一 r,故有 r 个线性无关特征向量,设为 1 , 2 , r ; 对 =0,(0E-A)X=0,即 AX=0,因 r(A)=r,有 n-r 个线性无关特征向量,设为 r+1 , r+2 , n 故存在可逆阵 P= 1 , 2 , n , 使得 )解析:34.设 A,B 均为 n 阶矩阵,A 有 n 个互不相同的特征值,且 AB=BA,证明:B 相似于对角阵(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:A 有 n 个互不相同的特征值,故存
31、在可逆阵 P,使得 P -1 AP=diag( 1 , 2 , n )=A 1 ,其中 i ,i=1,2,n 是 A 的特征值,且 i j (ij) 又 AB=BA,故P -1 APP -1 BP=P -1 BPP -1 AP,即 A 1 P -1 BP=P -1 BPA 1 设 P -1 BP=(c ij ) nn ,则 比较对应元素 i c ij = j c ij ,即( i 一 j )c ij =0, i j (ij)得 c ij =0,于是 )解析:35.设 =a 1 ,a 2 ,a n T 0,A= T ,求可逆阵 P,使 P -1 AP=A(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:
32、(1)先求 A 的特征值 设 A 的任一特征值为 ,对应于 的特征向量为 ,则 A= T = 若 T =0,则 =0,0,故 =0; 若 T 0,式两端左乘 T , T T =( T ) T =( T ) (2)再求 A 的对应于 的特征向量 当 =0 时 即解方程 a 1 x 1 +a 2 x 2 +a n x n =0, 得特征向量为(设 a 1 0) 1 =a 2 ,一 a 1 ,0,0 T , 2 =a 3 ,0,一 a 1 ,0 T , n-1 =a n ,0,0,一 a 1 T 由观察知 n =a 1 ,a 2 ,a n T (3)由 1 , 2 , n ,得可逆阵 P )解析:3
33、6.设 A=E+ T ,其中 =a 1 ,a 2 ,a n T 0,=b 1 ,b 2 ,b n T 0,且 T =2 (1)求 A 的特征值和特征向量; (2)求可逆矩阵 P,使得 P -1 AP=A(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:(1)设(E+ T )= 左乘 T , T (E+ T )=( T + T T )=(1+ T ) T = T , 若 T 0,则 =1+ T =3; 若 T =0,则由式,=1 =1 时, (E-A)X=一 T X= b 1 ,b 2 ,b n X=0 即b 1 ,b 2 ,b n X=0,因 T =2,故 0,0,设 b 1 0,则 1 =b 2 ,一 b 1 ,0,0 T , 2 =b 3 ,0,一 b 1 ,0 T , n-1 =b n ,0,0,一 b 1 T ; =3 时, (3E-A)X=(BE- T )X=0, n =a 1 ,a 2 ,a n T (2)取 )解析:37.设向量 =a 1 ,a 2 ,a n T ,=b 1 ,b 2 ,b n T 都是非零向量,且满足条件 T =0,记 n 阶矩阵 A= T ,求: (1)A 2 ; (2)A 的特征值和特征向量; (3)A 能否相似于对角阵,说明理由(分数:2.00)_