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数学
题目

5.(1)若 ^3-(A)^2+2A-E=0, 证明A可逆,并求 A^(-1);-|||-(2)若 ^2-A-4E=0, 证明 A+E 可逆,并求 ((A+E))^-1.

题目解答

答案

解析

考查要点:本题主要考查矩阵的可逆性证明及逆矩阵的求解方法,需要灵活运用矩阵方程的变形技巧,将高次多项式分解为矩阵乘积的形式,从而找到逆矩阵。

解题核心思路:

  1. 构造乘积等于单位矩阵:通过给定的矩阵方程,将方程变形为某个矩阵与目标矩阵(如A或A+E)的乘积等于单位矩阵,从而直接得出逆矩阵。
  2. 行列式非零验证:利用行列式的乘积性质,证明目标矩阵的行列式不为零,从而确认其可逆性。

破题关键点:

  • 因式分解:将高次多项式分解为矩阵乘积形式,例如将多项式写成A乘以另一个矩阵,或构造(A+E)与另一矩阵的乘积。
  • 系数调整:在分解后可能需要调整系数,使得乘积结果为单位矩阵。

第(1)题

已知方程:$A^3 - A^2 + 2A - E = 0$

步骤1:提取公因子A

将方程变形为:
$A(A^2 - A + 2E) = E$
此时,左边为$A$与矩阵$(A^2 - A + 2E)$的乘积,右边为单位矩阵$E$。

步骤2:证明A可逆

根据行列式的性质,两边取行列式:
$|A| \cdot |A^2 - A + 2E| = |E| = 1$
由于乘积结果为1(非零),说明$|A| \neq 0$,因此A可逆。

步骤3:确定逆矩阵

由$A(A^2 - A + 2E) = E$,直接可得:
$A^{-1} = A^2 - A + 2E$

第(2)题

已知方程:$A^2 - A - 4E = 0$

步骤1:调整方程形式

将方程改写为:
$A^2 - A - 2E = 2E$

步骤2:因式分解

左边可分解为:
$(A + E)(A - 2E) = 2E$

步骤3:构造逆矩阵

两边同时除以2:
$(A + E)\left(\frac{A - 2E}{2}\right) = E$
因此,$(A + E)$的逆矩阵为:
$(A + E)^{-1} = \frac{1}{2}(A - 2E) = \frac{1}{2}A - E$

步骤4:验证可逆性

取行列式:
$|A + E| \cdot \left|\frac{A - 2E}{2}\right| = |E| = 1 \neq 0$
说明$|A + E| \neq 0$,故A+E可逆。

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