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数学
题目

设λ1,λ2是矩阵A的两个不同的特征值,对应的特征向量分别为 α1 , α2 ,则 α1 ,A( α1 + α2 )线性无关的充分必要条件是( ) A. λ1≠0 B. λ2≠0 C. λ1=0 D. λ2=0

设λ1,λ2是矩阵A的两个不同的特征值,对应的特征向量分别为
α1
,
α2
,则
α1
,A(
α1
+
α2
)线性无关的充分必要条件是( )

A. λ1≠0
B. λ2≠0
C. λ1=0
D. λ2=0

题目解答

答案


由已知条件知:Aα1=λ1α1,Aα2=λ2α2,
∴[
α1
,A(
α1
+
α2
)]=[
α1
,λ1
α1
+λ2
α2
]=[
α1
,
α2
]
1 λ1
0 λ 2
,
而
α1
,
α2
也是线性无关的,
∴
α1
,A(
α1
+
α2
)
线性无关的充要条件是
1 λ1
0 λ 2
可逆,
即:
.
1 λ1
0 λ 2
.
≠0
,
即:λ2≠0,
故选:B.

解析

考查要点:本题主要考查矩阵特征值、特征向量的性质,以及向量组线性无关的判定条件。

解题核心思路:

  1. 利用特征值的定义:由特征向量的定义,可将$A(\alpha_1 + \alpha_2)$展开为$\lambda_1 \alpha_1 + \lambda_2 \alpha_2$。
  2. 构造矩阵判断线性相关性:将$\alpha_1$和$A(\alpha_1 + \alpha_2)$作为列向量构成矩阵,通过计算其行列式是否非零,判断向量组是否线性无关。
  3. 关键条件:行列式的值为$\lambda_2$,因此当且仅当$\lambda_2 \neq 0$时,向量组线性无关。

破题关键点:

  • 不同特征值对应的特征向量线性无关,这是展开的基础。
  • 行列式的计算直接关联到$\lambda_2$是否为零,是判定条件的核心。

步骤1:展开$A(\alpha_1 + \alpha_2)$
根据特征向量的定义:
$A\alpha_1 = \lambda_1 \alpha_1, \quad A\alpha_2 = \lambda_2 \alpha_2$
因此:
$A(\alpha_1 + \alpha_2) = A\alpha_1 + A\alpha_2 = \lambda_1 \alpha_1 + \lambda_2 \alpha_2$

步骤2:构造矩阵并计算行列式
将$\alpha_1$和$A(\alpha_1 + \alpha_2)$作为列向量构成矩阵:
$[\alpha_1, \, A(\alpha_1 + \alpha_2)] = [\alpha_1, \, \lambda_1 \alpha_1 + \lambda_2 \alpha_2]$
由于$\alpha_1$和$\alpha_2$线性无关,可将矩阵分解为:
$[\alpha_1, \, \alpha_2] \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ \lambda_1 & \lambda_2 \end{pmatrix}$
原矩阵的行列式为:
$\det \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ \lambda_1 & \lambda_2 \end{pmatrix} = 1 \cdot \lambda_2 - 0 \cdot \lambda_1 = \lambda_2$

步骤3:判定线性无关条件
当且仅当行列式$\lambda_2 \neq 0$时,矩阵列向量组线性无关。因此,充分必要条件是$\lambda_2 \neq 0$。

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