一、题目
已知 $\boldsymbol{A}, \boldsymbol{B}$ 均为 $n$ 阶非零矩阵, 且秩 $r(\boldsymbol{A})=r(\boldsymbol{B})$, 则以下说法中,正确的是哪个?
(A) $r(\boldsymbol{A}, \boldsymbol{B})=r(\boldsymbol{A})$.
(B) $r(\boldsymbol{A}, \boldsymbol{B})=2 r(\boldsymbol{B})$.
(C) $r(\boldsymbol{A}, \boldsymbol{B}) \leqslant 2 r(\boldsymbol{B})$.
(D) $r(\boldsymbol{A}-\boldsymbol{B})=0$.
难度评级:
二、解析
解法一:举特例
若:
$$
A=\left[\begin{array}{ll}0 & 1 \ 0 & 0\end{array}\right], \quad B=\left[\begin{array}{ll}0 & 0 \ 1 & 0\end{array}\right].
$$
则:
$$
r(A, B)=r\left[\begin{array}{llll}0 & 1 & 0 & 0 \ 0 & 0 & 1 & 0\end{array}\right]=2.
$$
若:
$$
A=\left[\begin{array}{ll}0 & 1 \ 0 & 0\end{array}\right], \quad B=\left[\begin{array}{ll}0 & 0 \ 0 & 0\end{array}\right].
$$
则:
$$
r(A, B)=r\left[\begin{array}{llll}0 & 1 & 0 & 0 \ 0 & 0 & 0 & 0\end{array}\right]=1
$$
综上可知,只有 $C$ 选项正确。
解法二:利用极大无关组
设:
$$
A=\left(\alpha_{1}, \alpha_{2}, \ldots \alpha_{n}\right) \quad B=\left(\beta_{1}, \beta_{2}, \ldots, \beta_{n}\right)
$$
则由题可知:
$A$ 中存在极大无关组 $\left(\alpha_{1}, \alpha_{2}, \ldots, \alpha_{r}\right)$ 使得 $r(A)=r$.
$B$ 中存在极大无关组 $\left(\beta_{1}, \beta_{2}, \ldots, \beta_{r}\right)$ 使得 $r(B)=r$.
且 $\left(\alpha_{1}, \alpha_{2}, \ldots, \alpha_{n}, \beta_{1}, \beta_{2}, \ldots, \beta_{n}\right)$ 可以被 $\left(\alpha_{1}, \alpha_{2}, \ldots, \alpha_{r}\right)$ 和 $\left(\beta_{1}, \beta_{2}, \ldots, \beta_{r}\right)$ 线性表出。
于是:
$$
r \left(\alpha_{1}, \alpha_{2}, \ldots, \alpha_{n}, \beta_{1}, \beta_{2}, \ldots, \beta_{n}\right) \leqslant r\left(\alpha_{1}, \alpha_{2}, \ldots, \alpha_{r}, \beta_{1}, \beta_{2}, \ldots, \beta_{r}\right).
$$
又:
$$
r\left(\alpha_{1}, \alpha_{2}, \ldots, \alpha_{r}, \beta_{1}, \beta_{2}, \ldots, \beta_{r}\right) \leqslant 2 r.
$$
因此:
$$
r\left(\alpha_{1}, \alpha_{2}, \ldots, \alpha_{n}, \beta_{1}, \beta_{2}, \ldots, \beta_{n}\right) \leqslant 2 r = 2 r(A) = 2 r(B).
$$
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