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数学
题目

对应于实矩阵的相异特征值的实特征向量必是正交的。A.正确B.错误

对应于实矩阵的相异特征值的实特征向量必是正交的。

A.正确

B.错误

题目解答

答案

解:题干中说对应于实矩阵的相异特征值的实特征向量必是正交的。

而根据定理:实对称矩阵的不同特征值的特征向量是正交的。

我们可进行证明:

设是的两个不同的特征值,分别是其对应的特征向量

即有:

再两边取转置:

两边分别右乘,则有:

再对式两端取转置有:

再由式得:

∵∴

即正交得证。

综上所述,此题表述错误,应选。

解析

考查要点:本题主要考查学生对矩阵特征向量正交性条件的理解,特别是对实矩阵与实对称矩阵性质的区分。

解题核心思路:

  1. 明确定理适用范围:实对称矩阵的不同特征值对应的特征向量正交,但这一性质仅适用于实对称矩阵,而非所有实矩阵。
  2. 反例验证:通过构造非对称实矩阵的实例,说明相异特征值的特征向量可能不正交。

破题关键点:

  • 区分“实矩阵”与“实对称矩阵”的概念差异。
  • 理解特征向量正交性的前提是矩阵满足特定条件(如对称性)。

错误原因分析:
题目中将“实对称矩阵”的性质错误推广到所有实矩阵。具体来说:

  1. 定理限定条件:只有实对称矩阵(或其他正规矩阵)的不同特征值对应的特征向量才正交。
  2. 一般实矩阵的性质:若矩阵不对称,则相异特征值的特征向量可能不正交。例如,取非对称实矩阵:
    $A = \begin{bmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 2 \end{bmatrix}$
    其特征值为 $1$ 和 $2$,对应的特征向量分别为 $\begin{bmatrix}1 \\ 0\end{bmatrix}$ 和 $\begin{bmatrix}1 \\ 1\end{bmatrix}$,它们的点积为 $1 \cdot 1 + 0 \cdot 1 = 1 \neq 0$,说明不正交。

原证明的漏洞:
题目提供的证明过程隐含假设矩阵对称(如通过转置操作推导正交性),但未明确说明这一前提,导致结论错误。

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