用“俄罗斯方块”理解两矩阵相乘得零矩阵所蕴含的规律

一、前言 前言 - 荒原之梦

如果已知 $n$ 阶矩阵 $\boldsymbol{A}$ 和矩阵 $\boldsymbol{B}$, 以及 $n$ 阶零矩阵 $\boldsymbol{O}$, 且下式成立:

$$
\boldsymbol{AB} = \boldsymbol{O}
$$

那么,我们能判断出来有关矩阵 $\boldsymbol{A}$ 和矩阵 $\boldsymbol{B}$ 的哪些性质呢?

在本文中,荒原之梦考研数学将借助类似“俄罗斯方块”游戏中的元素,为同学们解释清楚这个问题。

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当行列式中非零元素的个数小于行数或列数的时候,该行列式一定等于零

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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

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矩阵乘法不能随便“拆”:一拆就可能“变味”了

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行列式“剥洋葱”:对于行或者列之间存在普遍规律的行列式可以尝试先提取其“公共部分”

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已知 $a _{ i }$ $\neq$ $0$ ($i$ $=$ $1$, $2$, $3$, $4$), 则:

$$
|V| =
\begin{vmatrix}
& a_{1}^{3} & a_{1}^{2}b_{1} & a_{1}b_{1}^{2} & b_{1}^{3} & \\ \\
& a_{2}^{3} & a_{2}^{2}b_{2} & a_{2}b_{2}^{2} & b_{2}^{3} & \\ \\
& a_{3}^{3} & a_{3}^{2}b_{3} & a_{3}b_{3}^{2} & b_{3}^{3} & \\ \\
& a_{4}^{3} & a_{4}^{2}b_{4} & a_{4}b_{4}^{2} & b_{4}^{3} &
\end{vmatrix} ⁢= ?
$$

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伴随矩阵的特征值与原矩阵的特征值之间有什么关系?

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单位矩阵很可能“引”出来互逆矩阵

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矩阵乘法中的矩阵不满足消去律和交换律,但矩阵对应的行列式满足消去律和交换律

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二、解析 解析 - 荒原之梦

$\boldsymbol { A }$, $\boldsymbol { B }$ 均为 $n$ 阶方阵,于是:

$$
| \boldsymbol { A } \boldsymbol { B } | = \textcolor{orangered}{| \boldsymbol { A } | \cdot | \boldsymbol { B } |} = \textcolor{springgreen}{| \boldsymbol { B } | \cdot | \boldsymbol { A } |}
$$

$$
| \boldsymbol { B } \boldsymbol { A } | = \textcolor{springgreen}{| \boldsymbol { B } | \cdot | \boldsymbol { A } |} = \textcolor{orangered}{| \boldsymbol { A } | \cdot | \boldsymbol { B } |}
$$

即:

$$
| \boldsymbol { A } \boldsymbol { B } | = | \boldsymbol { B } \boldsymbol { A } |
$$

因此可知,矩阵对应的行列式满足交换律,B

且根据前面的分析可知,矩阵本身不满足交换律,C

对于 A 选项,我们可以设:

$$
\begin{aligned}
\boldsymbol { A } & = \begin{bmatrix}
1 & 2 \\ 3 & 4
\end{bmatrix} \\ \\
\boldsymbol { B } & = \begin{bmatrix}
– 1 & – 2 \\ – 3 & – 4
\end{bmatrix}
\end{aligned}
$$

于是有:

$$
| \boldsymbol { A } | = | \boldsymbol { B } | = – 2
$$

但是:

$$
| \boldsymbol { A } + \boldsymbol { B } | = 0 \neq -4
$$

所以 A

同时,由于 $| \boldsymbol { A } |$ $=$ $| \boldsymbol { B } |$ $=$ $- 2$ $\neq$ $0$, 所以矩阵 $\boldsymbol { A }$ 和矩阵 $\boldsymbol { B }$ 的逆矩阵 $\boldsymbol{ A }^{-1}$ 和 $\boldsymbol{ B }^{-1}$ 均存在。

但是,由于 $\boldsymbol { A } + \boldsymbol { B }$ $=$ $0$, 因此,矩阵 $\boldsymbol { A } + \boldsymbol { B }$ 的逆矩阵 $(\boldsymbol { A } + \boldsymbol { B })^{-1}$ 不存在,即 D

综上可知, B 荒原之梦考研数学 | 本文结束


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