高等代数试题四

温柔似野鬼°
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2021年02月21日 02:25
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-

2021年2月21日发(作者:平阴一中)


线性变换



一



判断题



3


3


(1)



在向量空间


R


中


,



(


x


1


,


x


2


,< /p>


x


3


)



(


2


x


1

< p>
,


x


2


,


x


2



x

3


)


,


则



是


R


的一个线性变换


. (



).



2


(2)



在 向量空间


R


n


[


x


]


中


,



(


f


(


x< /p>


))



f


(


x


)


,


则



是


R


n

< p>
[


x


]


的一个线性变换< /p>


.







(



).


(3)



取定


A



M


n


(


F


)


,


对任意的


n


阶矩阵

X



M


n


(


F


)


,


定 义



(


X


)< /p>



AX



XA< /p>


,


则



是


M


n


(


F


)


的一个线性变换


.





















































(



).


(4)




是


向


量


空


间


V


的


线


性


变


换


,


向


量


组


< p>
1


,



2


,



,


m


线


性


相


关


,


那


么



(



1


),< /p>



(



2


),



,



(



m


)


也线性相关


.











































(



).


(5)



在向量空间

< br>R


n


[


x


]


中


,


则微商


(


f


(


x


))



f


(


x


)


是一个线性变换

< br>.
















(



).


3


(6)



在 向量空间


R


中


,


已知线性变换



'










(


x


1


,


x


2


,


x


3



)

< br>


(


x


1


,


x


2


,


x


3



)


(


x


1



x


2


,


x



2


)


.


x

< br>3


,


x


3


)


,


(


x


1


,


0


x


,


3



则


(




2



)(


x


1


,


x


2


,


x

3


)



(


x


2



x


1< /p>


,


x


2



x


3


,


< p>
x


3


)


.



































(



).


(7)




对 向量空间


V


的任意线性变换



,


有线性变换



,


使






< /p>


(



是单位变换


).





(



).


(8)




向 量空间


R


的两个线性变换


< p>
,



为



(


x


1


,

x


2


)



(


x


1


,


x< /p>


2



x


1


)


;



(

< p>
x


1


,


x


2


)



(

x


1



x


2


,


x


2


)< /p>



2


则


(







)(


x


1


,


x

< p>
2


)



(



x


2


,

x


1



x


2


).



(9)



在实数域

F


上的


n


维向量空间


V


中取定一组基后


,


V< /p>


的全体线性变换和


F


上全体


n


2


阶矩阵之间就建立了一个一一对应


.













































(



).


(10)


在取定基后


,


V


的每个可逆线性变换对应于可逆矩阵


,


但逆变换未必对应于逆矩阵


.
































































































(



).


(11)



线性变换在不同基下对应的矩阵是相似的


.


































(



).


(12)



相似矩阵不一定是同一线性变换在不同基下的矩阵


.


























(



).


(13)



域


F


上的向量空间


V


及其零子空间


,


对


V


的每个线性 变换来说


,


都是不变子空间


.


















































































(



).


(14)



除零变换外


,


还存在向量空间


V


的线性变换


,


能 使


V


的任意子空间对该变换不变


.(



)


(15)




向量空间


V


的线性变换



1


的不变子空间


W


,


也是


V


的另一线性变换


2


的不变子空


间


,


这里



2




1


.



























































(



).


(16)



向量空间

< br>V


的线性变换



的象与核都是< /p>



的不变子空间


.




















(



).


(17)


线性变换



的特征向量之和


, < /p>


仍为



的特征向量


.



























(



).


(18)



属于线性变换



同一特征根



0


的特征向量的线性组合仍是



的特征向量


.







(



).


(19)


数域


F


中任意数



都是


F


上的向量空间


V


的零变换的特征根


.
















(



).


(20)




在一个基下可以对角化


,


则



在任何基下可以对角化

.





















(



).
























(1)


正确



(2)


错误



(3)


正确



(4)


正确



(5)


正确



(6)


正确



(7)


错误



(8)


正确



(9)


正确



(10)


错误



(11)


正确



(12)


错误



(13)


正确



(14)


正确



(15)


错误




(


1


6


正


)


确



(17)


错误



(18)


正确



(19)


错误



(20)


错误





二



填空题



(1)



设


V


和


W


是数域


F


上的向量空间


,


而

< br>


:


V



W


是一个线性映射


,


那么



是单射的


充要条件是


____________.


(2)




设


V


和


W


是数域


F


上的向 量空间


,


而



:


V



W


是 一个线性映射


,


那么



是满射的


充要条件是


____________.


(3)




是 向量空间


V


的线性变换


,


若满足


________________,


则称



是可逆变换


.


(4)



向量空间

V


的任意线性变换



,


都有



(0)



_______,



(




)



_ _____.



(5)



是


n


维向量空间


V


的一个位似变换


:



(



)



k< /p>



,


那么



关于


V


的


____ ______


基的矩


阵是


kI


.


(6)



在


V


3


的基


{



1


,



2


,



3

< br>}


下



的矩阵是




a


11

< br>


A



a


21




a



31


a


12


a


22


a


32


a


13




a


23




a< /p>


33




那么< /p>



关于基


{


< /p>


3


,



1




2


,

< p>
2



1


}


的矩阵是


_____________.


(7)



在


F


3


中


的


线


性


变


换



(


x


1


,


x


2


,


x

< br>3



)


(


x


2



1


x


2


,


x



2


x


3


,


,


x


那


)

< p>
么



关


于


基



1


(


1


,


0


,



0


2


)< /p>



,


(


0



,


3


1

< p>


,


0


)


,


的矩阵是


(


0


________________.


,


0


,


1


)


2

< p>
(8)


设



1

< p>
,



2


分别是向量空间< /p>


R


中绕原点逆时针旋转



1


,



2

角的线性变换


,


那么



2



1


关于

< p>
基



1



(1,


0),



2

< p>


(0,1)


的矩阵是


_ __________________.


(9)



对于域


F


上向量空间


V


的数乘变换来说


______________


不变子空间


.


(10)


2< /p>


维平面上的旋转变换



,_______ __


非平凡的不变子空间


.


(11)



若线性变换



与



是

_____________,


则


的象与核都是



的不变子空间


.


(12)



相似矩阵有


_____


的特征多项式


.


(13)


(



0


I



A


)


X



0


的


___ ________


都是


A


的属于



0


的特征向量


.


(14)



A


与对角阵相似


,

< br>f


(


x


)



F


[


x


]


,


则


f


(< /p>


A


)


必与某一


_ _____________.


(15)


< br>设


V


是数域


F

< br>上的


n


维向量空间


,




L


(


V


),



的不同的特征根是



1


,



2


,



,



t


,


则

< p>


可对角化的充要条件是


___________ __.


(16)



设



是实数域


F


上的

< p>
n


维向量空间


V


的线性变 换


,


如果


V


的任意一维子空间都是



的不变子空间


,


那么



可以


_____________.


(17)



设



是实数域


F


上的


n


维向量空间


V


的线性变换


,



可对角化的充要条件是


< p>
1)



的特征多项式的根都在

F


内


;


2)

_______________________________;


(18)



设


A



M


n


(< /p>


F


)


,


如果< /p>


A


的特征多项式在


F

内有


______________,


那么


A


可对角化


.


(19)



设



是


实


数域


F


上


的


n


维


向


量空


间


V


的


线性


变


换


,



是


< p>
的


一


个特


征根

< p>
,


则


dim


V



____



的重数< /p>


.



3



(20)



矩阵



0



0



2


2


0


7




4


的特征根是


______________.



5< /p>








答案


< /p>


(1)


ker(



)



{0}



(2)


Im(



)

< br>


W



(3)

< br>存在


V


的线性变换


< p>
,


使





< p>






(4)


0,



< p>



a


1


3



(5)


任意




(


6

< br>)



a


2


3



a



3


3


2


a



1


1



a


2



a


2


2


2


a


2

< br>


(7)


1


< br>1


a


3



a


3


2


2


a



1



3


1


1


2


a


1



a


1



2



0

< br>



1




1


1


0


0




1





0





cos(


< /p>


1




2


)


(8)




sin(



1




2


)



sin(



1




2


)


< p>
)




(


1


1


可交换的


)





< br>(9)


每个子空间都


是




(


1


0


没有


cos(



1




2


)



t




(


1


5




(17)


V


< p>
i



n




(


1


6


对角化


(1


2


)< /p>


相同



(13)


非零解向量




(


1


4


对角阵相似


)


)


d


i


m


)


i



1


对于



的特征多项式的每一个根



,


特征子空间


V



的维数等于



的重数



( 18)


n


个不同的



单根



(19)





(


2


0


3, 2, 5



)




三


.


单选题:



1


.向量空间


V


n


(

F


)


的零变换


< br>的象及核的维数分别是(












)


。



A


.


0,


n














B


.



n


,


0








C


.


0


,


0







D. n, n


2


.向量空间


V

< p>
n


(


F


)


的单位变换


t


的象及核的维数分别是(












)


。



A


.



1,< /p>


n



1











B


.


n



1


,


1







C


.


n


,


0






D. 0, n


3


.


“有相同的特征多项式”这是两个矩阵相似的(













)条件。



A


.


充分














B


.



必要









C


.



充分必要




D.


以上都不对


< br>4


.对于域


F


上向量空间


V


的数乘变换来说,


(















)不变子空间。



A


.



只有一个









B


.



每个子空间都是





C


.



不存在





D.


存在且有限个



5.


2



维 平面上的旋转变换



,


(













)非平凡的不变子空间。



A


.


有一个












B


.




有无穷多










C


.



没有







D.


有有限个



6


.若线性变换



与


< br>是(












)


,则



的象与核都是





的不变子空间。



A


.


互逆的












B


.



可交换的











C


.



不等的





D.


不可换的


7


.以向量空间


V


的任何非零向量 作为特征向量的线性变换只能是(












)



A


.


零变换












B


.



位似(数乘)变换



C


.



单位变换



D.


以上都不对



8


.设



是一线性变换,若


Ker


(



)




0



。则下面说法正 确的是(












)



A


.


无特征根零









B


.



有特征根零








C


.



不确定





D.


以上都不对


< br>9


.


设


S


是对合矩阵


(


S


2

< br>


I


)


,


P


是幂等矩阵


(


P

< br>2



P


)


,


H


是幂零矩阵


(

< br>H


那么(













)可以对角化。





A


.



S


,


P


,


H


在


F


上均可以对角化





B


.



仅


S


,


P


在


F


上可以对角化





C


.



它们在


F


上均不能对角化。






D.


在


F


上 可以对角化













答案:


1.


A


2.


C


3.


B


4.


B


5.


C


6.


B


7.


B


8.


A


9.


B




m



0)< /p>


且


H


0


,



四




多选题



1



设



是


n


维线性空间的线性变换


,


则



在不同基下的矩阵


(




).









A


.


一定合同



;









B


.


一定相似


;








C


.


秩一定相等


;








D


.


秩不一 定相等


.




2



设



是线性空间


V


的线性变换

< br>,


则










A


.



(0)



0


;

















B


.



(< /p>


a


1



1



a


2


< p>
2





a


n



n

)



a


1



(



1


)< /p>



a


2



(



2


)

< p>


a


n



(



n


)

;









C


.


当


< /p>


1


,



2


,



,


< p>
n


线性无关


,



(



1


),



(



2


),



,



(



n


)

线性无关


;









D


.


当< /p>



1


,



2


,



,

< p>


n


线性相关


,



(



1

< p>
),



(



2


),



,



(



n

)


线性相关


.


3



设



是数域


P


上的


n< /p>


维线性空间


V


的线性变换


,


且



是单的


.


则









A


.


若



1


, < /p>



2


,



,



n


是


V


的一组基


,


则



(



1


),



(


< p>
2


),



,



(



n

< br>)


也是


V


的一组基


;








B


.




是满射


;








C


.




不是满射


;








D


.




是双射


.


4



设


V


是复数域上的


n


维线性空间


,



,


< br>是


V


的线性变换


,

< p>
且








< p>
.


那么









A


.


若< /p>



0


是



的一个特征值


,


那么


V



是



的 不变子空间


;


0








B


.


< /p>


,



的特征值一定相同

< br>;








C


.



,< /p>



的特征子空间一定相同


;








D


. < /p>



,



至少有一 个特征值一定相同


;


5


< p>
n


阶矩阵


A


相似于对角阵 的充要条件


;









A


.


A< /p>


的特征子空间的维数和等于


n


;









B


.


A


的初等因子都是一次的


;









C


.


A


有< /p>


n


个不同的特征根


;









D


.


A


的最小多项式无重根


.








答案


:



1


B


,


C


;


2


A


,


B


,


D


;


3


A


,

< br>B


,


D


;


4


A


,


D


;


5


A


,


B


,


D


.






五



简单题



1.


线性变换是否一定把线性无关的向量组变成线性无关的向量组


?


2.



R


3


的线性变换



为




(


x


1


,


x


2


,


x


3


)



(


x


1



x


2



2

< br>x


3


,


3


x


2



3


x


3


,



x


1



2


x


2



x


3


)



求


< br>的象与核的维数


.


3


.在数域


F


上全体


n


阶 对称矩阵所组成的向量空间


V


中定义变换



:



(


X


)



T



XT





,


其中


T


为一个固定 的


n



阶方阵,


X


为


V


中任一对称矩阵。

< p>


证明:



是

< p>
V


的一个线性变换。



4


.在向量空间


F


n

中,对任意向量



,规定



(



)


< p>
A



,这里


A

< p>
为取定的一个


n


阶方阵。



证明:




是


F


n


的一个线性变换。



5


.证明:若某向量组在线性变换下象线性无关,则 该向量组也线性无关。



6


.



,



是向量空间


V


的线性变换。若






,则





或


< /p>




不成立,试举一反例


.


7.


F


[


x


]


的两个线性变换为:对任意

f


(


x


)



F


[


x


]< /p>


,



(


f


(


x


))



f



(


x


),



(


f


(


x


))


< br>xf


(


x


)


证明:





< br>




.



8


.设


< /p>


,



,



是


V


(


F

< p>
)


的线性变换,定义


[



,



]











证明:



对任意



,



,



以下等式成立:


[[



,



],


< br>]



[[


,



],



]



[[



,



],



]






9


.


证明:


若


f


(



)




,


g


(



)


< br>


,


则


d


(



)




,


其中


d


(< /p>


x


)


是


F


[


x


]


< p>
中多项式


f


(


x


)


与


g


(


x


)



10


.令




(

< br>x


1


,


x


2


,


x


3


)


是


R


3


中任意 向量,



是线性变换


:



(



)


(


x


1



x


2


,


x< /p>


2


,


x


3



x


2


)

< p>





试证



可逆。



11


.设


A


,


B


是数域


F


上 的


n


阶矩阵,若


A

,


B


之一可逆,则


A


B


与


B


A

< br>相似。



12


.设


V


的两个线性变换



与



是可变换的。



试证



的象


Im(


)


与核


Ker

< br>(



)


都是


的不变子空间。



13


.设



是向量空间


V< /p>


的线性变换,那么


W


< br>L


(



)



是



的一维不变子空间当且仅当< /p>



是





的属于某特征根


< br>0


的特征向量。



14


.设



是复数域


C


上线性空间的线性变换,若



关于空间的一 个基



1


,



2


的矩阵为


A




0


a


< /p>





a


0



,


a

< p>


0




求



的特征根与特征向量。



15


.设矩阵



A




cos



sin







sin



cos




,




0





求


A


的特征根与特征向量。



16


.设



是属于


n

< p>
阶对称矩阵


A


的特征根



0


的特征向量。


证明:



0


是

(


P



1


AP


)


'


的特征根,并求矩阵


(


P



1


AP


)


'


的属于

< p>


0


的一个特征向量。


1 7


.试证幂等矩阵


A


的特征根等于


0


或


1


。



18


.设


A


,


B



均为

< p>
n


阶矩阵。证明:


T


r< /p>


(


AB


)



T


r


(


BA


)



19


.设


n


阶矩阵


A



(


a


ij


)


的特征根是



1


,



2


,...,



n


。



n


n


n


证明:




2


i





a


ij

< p>
a


ji



i



1


i


< br>1


j



1


20


.


令


A


是数域


F


上一个


n

阶矩阵,


A


可以对角化的充分必要条件是

< br>f


A


(


x


)


在


F


单根。这种说法对吗?















答案



n


个




内有


1.


答



不一定


.


例如


,


在二维空间

< br>V


2


中


,

到


x


轴的投影变换



:



(


x

< br>1


,


x


2


)



(


x


1


,


0)


,


把 线性


无关的向量组


(1,


0),


(0,1)


,


变为线性相关的向量组


(1,


0),


(0,


0)


.


2.


解



设



1


,



2


,



3


为


R


3


的标准基


,


则得线性方程组



< br>x


1



x


2



2


x


3



0















3


x


2



3


x


3



0





x

< br>


2


x



x



0


2


3



1


其解空间即为

ker(



)


.


因为此方程组的系数矩阵的秩为


2


,


故


dim


ker(


)



1.



3


.证明:任取


X


,


Y



V

,


k


,


l



F


,则




(


kX



lY


)



T



(


kX



lY


)


T



T



(


kX


)

< p>
T



T



(


lY


)


T

< br>


k


(


T



XT


)



l


(


T



YT


)



k



(


X


)



L



(


Y


)



故


< br>是


V



的线性变换。



4

.证明:任取



,




F


n


,

< br>a


,


b



F









,有




(< /p>


a




b



)



A

< p>
(


a




b



)


A


(


a



)



A


(


b< /p>



)



a


(


A



)

< p>


b


(


A



)



a


(



)



b



(


< /p>


)



故





是


F


n


的线性变换。



5


.证明:设向量组



1


,



2


,...,



r


在线性变换



下的象



(



1


),



(



2


),...,



(



r


)


线性无关。



令


k


1



1



k


2



2



...



k


r



r



0



于是


k


1



(


1


)



k


2



(



2< /p>


)



...


< /p>


k


r



(



r


)


< p>
0



由



(



1


),

< br>


(



2


),...,



(



r


)


线性无关,知


k


1



k


2



...



k


r



0


,故



1


,


2


,...,



r


线性无关。



6


.解:反例为 :对向量空间


R


2


的任意向量


(


x


,


y


)


,定义线性变换




(


x


,


y


)



(


x


,


0);



(


x


,


y


)

< br>


(0,


y


)

< br>


则有





(

< br>x


,


y


)




(0,


y


)



(0,


0).

< br>


即








, 但是





,





。



7


.证明:任取


f


(


x


)


< /p>


F


[


x


]


,则






(


f


(


x


))




(


xf

< p>
(


x


))



f


(


x


)

< br>


xf



(

x


)





(


f


(


x


))




(


f


< /p>


(


x


))



xf



(


x


)



因而


(









)(


f


(


x


))






(


f

< p>
(


x


))






(


f


(


x


))



f

< br>(


x


)



故












8.证


明


:原


式



[



,



]< /p>





[



,



]

< p>


[



,



]




[



,



]



[


< /p>


,



]





[


< p>
,



]










< p>















< /p>



























9


.证明:因为


d


(


x


)


是


f

< br>(


x


)


与


g


(


x


)


的 最大公因式,所以存在


u


(


x


),


v


(


x

< p>
)



F


(


x


)


,使


< br>f


(


x


)


u


(


x


)



g


(


x


)


v


(


x


)



d


(


x


)



故有


d


(



)


f


(



)


u


(



)


< /p>


g


(



)


v


(



)

< p>



u


(



)



v


(



)





















。



10


.任取


R


3< /p>


的一个基,



1



(1,


0,


0),

< br>


2



(0,1,


0),



3



(0,


0,1)



















1



那么


(



(



1


),



(



2


),



(



3


))



(

< br>


1


,



2


,



3


)



0



0



1


1



1


0




0




1

< br>



由于





关于此基的矩阵是可逆阵,故



可逆。



11< /p>


.证明:不妨设


A


可逆,于是存在


A



1

< p>
而有


BA



(

< p>
A



1


A


)


BA



A

< br>


1


(


AB

)


A



12


.证明:任取




Im(

< p>


)


,则存在




V



使





(

< br>


)


于是



(



)




(



(< /p>



))



(





)(



)



(





)(



)




(



(



))



Im(


< p>
)



所以


Im(



)


是的


< p>
不变子空间。



任取


< /p>



Ker


(


< /p>


)


,则




(



)



0


,于是




(



(



))



(





)(



)



(





)(



)




(


(



))




(0)



0



故由



(



)



Ke r


(



)


而知


Ker


(



)


是



的不变子空间。

< br>


13


.证明



:



是一维不变子空间


V


的生成向量,自然有



< br>0


,且



(


)



W



L


(



)< /p>


,因


此存在



0



F


,而使



(



)




0



。反之,若



是



的属于 特征根



0


的特征向量,那么对


任何




F


,



(




< p>
)






(



)



< br>0


(





)


故



(


L


(



))



L


(



)


。



14


.


解


:


易


证

< p>


的


特


征


根


为



1


ai


,



2




ai


,


它


们


相


应< /p>


的


特


征


向


量


分


别


为

< p>
k



1



ki



2


,

< br>k



0,


k


C


,及


k



1



ki



2


,


k


< /p>


0,


k



C



15


.解:


f< /p>


A


(



)




2


< p>
2


cos






1


,从而


A


的特征根为




1



cos




i


sin



,



2



cos




i


sin




因此它们的特征向量分别是:


k


1


(



i


,1)



k


1


(



i


< br>1




2


),


k


1



0




和


k< /p>


2


(2,1,



1)



k


2


( 2



1



< /p>


2




3


),


k


2



0


。



16

< p>
.证明:因为


A






,


A




A



故


(


P


< br>1


AP


)


(


P




)



P



A< /p>





0


(


P



< p>
)



又





0


,

P



可逆,易知


P





0

,因此



0


是


(


P



1


AP


)



的 一个特征根,并且


P




是所求


的一个特征向量。



2


2


17


.


设



i


是


A


的任一特征根,


因


f


(



i


)




i


是


f


(


A


)



A


2


的特征根,


所以< /p>




i



f


(



i

< p>
)




i



故幂等阵的特征根是


0


或< /p>


1


。



n


n


ik


n


n


ki


18


.证明:设


A



(


a


ij< /p>


),


B



(


b


ij


)


,那么< /p>


T


r


(


AB


)




(



a


i



1


k



1

< br>2


n


b


ki

)




(



b


k



1< /p>


i



1


a


ik


)



T


r


(


BA


)

< p>


n


n


2


i


2


n


ij

< br>19


.证明:由题设易知


A


的特 征根为




,



,...




,因此





T


r


(


A


)



2


2


1


2


2




a


i



1


j



1


a

< br>ji



i


1


20


.答;不对。例如,矩阵




1


A





0


0





1



有二重根


1


,而


A


本身就是对角形矩阵。










六


.


计算题:



1


.向量空间


R


3


的线性变换



为

< br>



(


x


1


,


x


2


,


x


3


)



(2


x


1


,


3


x


2


,

< p>


2


x


3


)



求


Im(



)


与


Ker


(



)


,并计算它们的维数。












1.


解



取


R


3



的标准基



1


,< /p>



2


,



3


,


,于是




(



1

< p>
)




(1,

< p>
0,


0)



(2,


0,


0),



(



2


)




(0,1,


0)


< /p>


(0,


3,


0),



(



3


)




(0,


0 ,1)



(0,


0,

< br>


2),



任取




a


1


1



a


2



2



a< /p>


3



3



,则



(



)



a


1



(



1

< br>)



a


2



(



2


)



a


3



(



3


)



因此


Im


(



)



L


(



(


< br>1


),



(


2


),



(



3


))



显然


Im


(



)



L


(



(



1


),



(


< p>
2


),



(



3


))



故


Im(



)



L


(


(



1


),



(



2


) ,



(



3< /p>


))



而



(



1


),



(



2

< p>
),



(



3


)


线性无关,所以


Im(



)



R


,


dim


Im(



)



3



因为


K


er


(



)






R



(



)


< br>0




3


3


则由


(2


x


1


,


3


x


2


,



2


x


3


)



(0,


0,


0)



得


x


1



x


2



x


3



0



所以


Ker


(



)




0


,


dim


Ker


(



)



0










2


.令


F


4


表示数域


F


上四元列空间。取




1


1


A





3




1< /p>




1


1



1


3


5

< p>


2


8



9



1



3




1




7


< /p>



对于任



< /p>


F


4



,令



(



)



A



。求线性变换< /p>



的核和象的维数。



















2.


解



取


F


4


的标准基



1


,



2< /p>


,



3


,



4


.


由

< p>
Im(



)


< p>
L


(



(



1


),


< br>(



2


),


(



3


),



(



4


))




1< /p>





1




5


< p>


5





1











< /p>


1


1



2



2


3


< p>


(



)





(



)






其中



(



1


)






(



2


)





< br>(



3


)




3


4



3





1




8




8




1



< br>






1





3






9





9





7



< br>











由此得


dim


Im(



)



A


秩



2



由线性方程组


A



0


的解空间的维数,得


dim< /p>


Ker


(



)< /p>



4



2



2












3


.设


{



1


,



2

< p>
,



3


,



4


}


是

V


4


的标准基,线性变换




关于此基的矩阵是




1




1



A




1




2



0


2


2



2


2


1

< br>5


1


1




3




5





2




求



的象


Im(



)


与


Ker


(



)


。





















3


解:解齐次线性方程组


A


X



0


得基础解系


{



1


,



2


}



其中



1



(



2,

< br>


3


2


,1,

< br>0)



2


(



1,



2,


0,1)


,从而



Ker


(



)



L


(


< br>1


,



2


)



),



(



)


又由于


A


的秩为


2



,知



(



1


),



(


< /p>


2


),



(



3


的秩为


2


,且



(



1


),



(



2


)


线性无关,它< /p>


4


们构成


Im(



)


的一个基,从而



Im(



)



L


(



(


1


),



(



2


)).








4


.



设



是向量空间



C


2



的线性变换,



在基



1


,



2


下的矩阵是


< br>


2


A





5



4






2



试找出



的所有不变子空间。






















0




4


解:


C


2


和






是


< br>的两个不变子空间,那么其余的不变子空间都是一维的。由于


< br>



0




f


(



)




I



A





16



(


< p>


4


i


)(




4


i

< br>)







1



2


i




2


2


因此当



1



4


i



时,我们得


A


的属于



1


的特征向量



1








。




1



2


i

< br>


2


当



2




4


i


时,得特征向量



2

< br>



令




1



2



1



(1


< /p>


2


i


)



2


,



2

< p>


2



1



(1



2

< br>i


)



2


.



那么


W


1



L


(


< /p>


1


)


和


W


2



L


(

< p>


2


)


是



的另两个不变子空间


.









5.


设数 域


F


上向量空间


V

的线性变换



关于基


< p>
1


,



2


,



3


的矩阵是




4


< br>(


1


)


A



5




6




1



(


2


)


A



4




6




2

< br>


(


3


)


A



1




1




5



7



9



3



7



7


6


1

< br>2


2




3




4




4




8




7





15

< p>




5





6



试找出


的一个不变子空间。














1





5


解:


(


1


)


因为


< p>
1



是


A


的属于特征根


1


的特征向量,


所以


L


(



1




2




3


)


是



的不变子空



1





间。




1


< p>






(


2


)



2




是


A


属于特征根


3


的特征向量,所以


L


(


1



2



2



2


< /p>


3


)


是



的不变子空间。




2








(


3


)因为


A


的特征根是三重根




1


所以


V



特征子空间


V



1


就是



的不变子空间。







6


.



在


F


3


中定义线性变换如下,试求

< p>


的特征根和特征向量。




(


x


1


,


x


2


,


x


3


)



(


x


1



x


2



2


x

< br>3


,


2


x


2



x


3


,



x


1



x


2



3


x


3


)
























6


解:设




关 于


F


3


的标准基



1


,



2


,



3


,


的矩阵是


A


,则





1


1


3



A





0


2


1




< br>




1


1


3




A


的特征多项式为



< br>



1



1



2



I



A



0




2



1



1



1




3

< br>所以


A


的特征根为三重根



1




2




3



2


。解方程组


(2


I



A


)


X

< p>


0


k


(1,1,


0)



k



1



k



2


,


k


< br>0






,得特征向量



7


.



设



是


F


3


的一个线性变换。



已知:


(1,


0,


0)



(5,


6,



3),



(0,1,


0)< /p>



(



1,


0,1),



(0,


0,1)



(1,


2,1)



试求:



的全部特征 根及特征向量。






















7


解:




关于 标准基



1


,



2


,



3< /p>


的矩阵为




5



A



6





3




1


0


1


1



< br>2




1




3


那么


A


的特征多项式为



I



A



(



2)


,且特征根为

< p>


1




2




3


2



解齐次线性方程组



(2


I



A


)

< br>x



0


,得出特征向量为


k


1


(1,


3,


0)



k


2


(0,1,1),



即


k


1



1



(3


k


1


< /p>


k


2


)



2



k


2

< p>


3



这里


k


1


,


k

< br>2


不全为零。









8


.设


< /p>


1


,



2


,



3


是

< p>
F


3


的一个基,令




1




1



2



2



2


< br>3,



2



2



1



2



2


< /p>


4



3,



3



2



1



4



2



2


< br>3



3




L


(


F


)


,且



(


l< /p>


1



1



l


2



2

< p>


l


3



3


)



l

1



1



l


2



2


< /p>


l


3



3



求:




的特征根与特征向量。




















8


解:由条件


(



i


)




i


,


i< /p>



1,


2,


3< /p>




1



故



关于基



1


,



2

< p>
,



3



的矩阵为


A





2



2

< br>



2



2


4


2




4





2




于是求出< /p>



A



的特征根 为



1



< /p>


2



2,



3




7



当




1




2

< br>


2


时


,


解


齐


次


方


程


组


(2


I


< /p>


A


)


X



0


,


得


出

< p>
特


征


向


量


为


k


1


(


2,1,


0)



k


2


(2,


0,1)


=


(



2


k


1



2

< br>k


2


)



1



k


1



2



k


2



3




k


1


,


k


2



不全为零。



当



3




7


时


,

< br>解


齐


次


方


程


组


(



7


I



A


)


X



0


k


(



1



,




k

< br>


1



2


k




2


k



k



0



2


2


,


得


特


征


向


量


为









3



9


.设


A



< p>
4




4



1



1


8


0




0


,试由


A


的特征多项式和特征根写出


A



1


的伴随阵


(


A


< /p>


1


)




的特




2




征多项式和特征根。



















9


解:因



I



A



(< /p>




2)(


< /p>



1)







A



的特征根为



2,1,1


。


< br>今


(


A



1


)(


A



1


)




A< /p>



1


I




1



2

< p>
所以


(


A


)



1


A


A

< br>


又


A




2,



所以



(


A


)




的特征多项式是


< br>1


2


1


2


3



1



g


(



)




I



(




(



1


2


3


)

< br>A



(



)


(



2



)


I



A


2


)


(



2




2)(



2




1)



(




1)(




1


2


1


2

,1


。



1


2



)


3


由此


g


(


x


)


的特征根为


< /p>



,


-


-


-


-


-


-


-


-