2023年考研数二第22题解析:根据矩阵乘法凑出隐含的矩阵、矩阵的特征值和特征向量

一、题目题目 - 荒原之梦

难度评级:

二、解析 解析 - 荒原之梦

第 (1) 问

由于下式对任意的 x1, x2, x3 均成立:

A(x1x2x3)=(111211011)(x1x2x3)=(x1+x2+x32x1x2+x3x2x3)

所以:

A=(111211011)

第 (2) 问

满足 P1AP = Λ 的对角矩阵 Λ 由矩阵的特征值组成,而矩阵 P 则由特征值对应的特征向量组成。所以,我们要求解矩阵 P 就要先求解出矩阵 A 的特征值 λ:

|λEA|=|λ000λ000λ||111211011|=|λ1112λ+1101λ+1|=(λ1)|λ+111λ+1|+2|111λ+1|=(λ1)(λ2+2λ)+2[(λ1)1]=(λ1)(λ2+2λ)2(λ+2)=(λ1)λ(λ+2)2(λ+2)=(λ+2)(λ2)(λ+1)=0{λ1=2λ2=2λ3=1

也就是说,矩阵 A 的特征值为:

λ1=2λ2=2λ3=1

[✓]. 当 λ = λ1 = 2

λ1EA=(311211011)(311211011)(100211011)(100011011)(x1x2x3100011000)

于是可知,若令自由未知数 x3 = 1, 则非自由未知数 x1 = 0, x2 = 1, 即 λ1 对应的特征向量为:

α1=(0,1,1)

[✓]. 当 λ = λ2 = 2

λ2EA=(111231013)=(111013013)(x1x2x3104013000)

于是可知,若令自由未知数 x3 = 1, 则非自由未知数 x1 = 4, x2 = 3, 即 λ1 对应的特征向量为:

α2=(4,3,1)

[✓]. 当 λ = λ3 = 1

λ3EA=(211201010)=(211201010)(201010010)(x1x2x3201010000)

于是可知,若令自由未知数 x1 = 1, 则非自由未知数 x2 = 0, x3 = 2, 即 λ1 对应的特征向量为:

α3=(1,0,2)

因此,若令 P = (α1,α2,α3), 则 P1AP = (200020001) = Λ, 即此时 P1AP = Λ 成立 荒原之梦考研数学 | 本文结束


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