题目
设 A 为 n 阶方阵,且有 A^2 - 2A - 5E = 0,求 (A + E)^-1 = ( ) A A + E 不可逆 B (1)/(2)(A - 3E) C A - 3E D A + E
设 $A$ 为 $n$ 阶方阵,且有 $A^2 - 2A - 5E = 0$,求 $(A + E)^{-1} = (\quad)$
A $A + E$ 不可逆
B $\frac{1}{2}(A - 3E)$
C $A - 3E$
D $A + E$
题目解答
答案
由已知方程 $ A^2 - 2A - 5E = 0 $,可得 $ A^2 = 2A + 5E $。
考虑 $ (A+E)(A-3E) $:
\[
(A+E)(A-3E) = A^2 - 2A - 3E = (2A + 5E) - 2A - 3E = 2E
\]
两边同乘 $\frac{1}{2}$ 得:
\[
(A+E) \left[ \frac{1}{2}(A-3E) \right] = E
\]
因此,$ (A+E)^{-1} = \frac{1}{2}(A-3E) $,对应选项 **B**。
答案:$\boxed{B}$
解析
考查要点:本题主要考查矩阵方程的应用及逆矩阵的求解方法,需要学生灵活运用矩阵运算规则和方程变形技巧。
解题核心思路:
- 利用已知方程降阶:将高阶矩阵项(如$A^2$)用低阶项表示,简化后续运算。
- 构造乘积矩阵:通过假设$(A+E)$的逆矩阵形式,构造乘积并展开,结合已知方程消去高阶项,最终得到单位矩阵。
- 系数调整:通过调整标量系数,使乘积结果为单位矩阵,从而确定逆矩阵的具体表达式。
破题关键点:
- 方程变形:将原方程$A^2 - 2A - 5E = 0$变形为$A^2 = 2A + 5E$,用于后续运算。
- 选择合适的乘积形式:假设$(A+E)$与$(A - kE)$相乘,通过展开和代入方程消去$A$项,确定$k$的值。
步骤1:利用已知方程降阶
由$A^2 - 2A - 5E = 0$,得:
$A^2 = 2A + 5E.$
步骤2:构造乘积矩阵
假设存在矩阵$B$使得$(A+E)B = E$,尝试令$B = \frac{1}{2}(A - 3E)$,验证如下:
$\begin{aligned}(A+E)\left(\frac{1}{2}(A - 3E)\right) &= \frac{1}{2}(A+E)(A - 3E) \\&= \frac{1}{2}\left(A^2 - 3A + A - 3E\right) \\&= \frac{1}{2}\left(A^2 - 2A - 3E\right).\end{aligned}$
步骤3:代入降阶后的方程
将$A^2 = 2A + 5E$代入:
$\begin{aligned}\frac{1}{2}\left((2A + 5E) - 2A - 3E\right) &= \frac{1}{2}(2E) \\&= E.\end{aligned}$
步骤4:结论
因此,$(A+E)^{-1} = \frac{1}{2}(A - 3E)$,对应选项B。