第七章 线性变换练习题参考答案
一、填空题
1.设123,,εεε是线性空间V 的一组基,V 的一个线性变换σ在这组基下的矩阵是33112233(),,ij A a x x x V αεεε⨯==++∈则σ在基321,,εεε下的矩阵B =
1,T AT -而可逆矩阵T =001010100⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭
满足1,B T AT -=σα在基123,,εεε下的坐标为
123x A x x ⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭ .
2.设A 为数域P 上秩为r 的n 阶矩阵,定义n 维列向量空间n P 的线性变换:(),n A P σσξξξ=∈,则1(0)σ-={}|0,n A P ξξξ=∈,()1dim (0)σ-=n r -,()dim ()n P σ=r .
3.复矩阵()ij n n A a ⨯=的全体特征值的和等于1n
ii i a =∑ ,而全体特征值的积等于
||A .
4.设σ是n 维线性空间V 的线性变换,且σ在任一基下的矩阵都相同,则σ为__数乘__变换 .
5.数域P 上n 维线性空间V 的全体线性变换所成的线性空间()L V 为2n 维线性空间,它与n n P ⨯同构.
6.设n 阶矩阵A 的全体特征值为12,,
,n λλλ,()f x 为任一多项式,则()f A 的全体特征值为12(),(),
,()n f f f λλλ . 7.设⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2231A ,则向量⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛11是A 的属于特征值 4 的特征向量. 8.若⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛--=100001011A 与1010101k B k ⎛⎫ ⎪=-- ⎪ ⎪⎝⎭相似,则k = -1/2 . 9.设三阶方阵A 的特征多项式为322)(23+--=λλλλf ,则=||A 3 .
10.n 阶方阵A 满足A A =2,则A 的特征值为 0和1 .
11.线性空间3R 上的线性变换为A =),,(321x x x 132321(2,33,2)x x x x x x ++-,
变换A 在基)1,0,0(),0,1,0(),0,0,1(321===εεε下的矩阵为102033210⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭
.
二、判断题
1.设σ是线性空间V 的一个线性变换,12,,
,s V ααα∈线性无关,则向量
组12(),(),,()s σασασα也线性无关. (错) 2.设σ为n 维线性空间V 的一个线性变换,则由σ的秩+σ的零度=n ,有1()(0).V V σσ-=⊕ (错)未必有1()(0).V V σσ-=⊕
3.在线性空间2R 中定义变换σ:(,)(1,)x y x y σ=+,则σ是2R 的一个线性变换. (错)零向量的像是(1,0)
4.若σ为n 维线性空间V 的一个线性变换,则σ是可逆的当且仅当1(0)σ-={0}. (正确)σ是可逆的当且仅当σ是双射.
5.设σ为线性空间V 的一个线性变换,W 为V 的一个子集,若()W σ是V 的一个子空间,则W 必为V 的子空间. (错)如平面上的向量全体在x 轴上的投影变换,W 为终点在与x 轴平行而不重合的直线上的向量全体,()W σ为x 轴上的向量全体,是V 的一个子空间,但W 不是V 的子空间.
6.n 阶方阵A 至少有一特征值为零的充分必要条件是0||=A .(正确)
7.已知1-=PBP A ,其中P 为n 阶可逆矩阵,B 为一个对角矩阵.则A 的特征向量与P 有关.( 正确 )1P AP B -=,P 的列向量为A 的特征向量.
8.σ为V 上线性变换,n ααα,,,21 为V 的基,则)(,),(),(21n ασασασ 线性无关.(错)当σ可逆时无关,当σ不可逆时相关.
9.α为V 上的非零向量,σ为V 上的线性变换,则})(|{)(1αησηασ==-是V 的子空间.( 错 )不含零向量.
三、计算与证明
1.判断矩阵A 是否可对角化?若可对角化,求一个可逆矩阵T ,使1T AT -成对角形.
133313331A ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭
解:先求矩阵A 的特征值与特征向量.
21
333
13(7)(2)331
E A λλλλλλ----=---=-+---. 矩阵A 的特征值为12,37,2λλ==-.当17λ=时,解方程组
1231231236330,3630,3360.x x x x x x x x x --=⎧⎪-+-=⎨⎪--+=⎩
得矩阵A 属于特征值7的线性无关特征向量为1(1,1,1)'ξ=.当2,32λ=-时,解方程组
1231231233330,3330,3330.x x x x x x x x x ---=⎧⎪---=⎨⎪---=⎩
得矩阵A 属于特征值-2的线性无关特征向量为23(1,1,0)',(1,0,1)'ξξ=-=-.矩阵A 有三个线性无关的特征向量.因此矩阵A 可对角化,取矩阵
111110101T ⎛⎫ ⎪=- ⎪ ⎪-⎝⎭
有
1722T AT -⎛⎫ ⎪=- ⎪ ⎪-⎝⎭
2.在线性空间n P 中定义变换σ:122(,,,)(0,,,)n n x x x x x σ=
(1)证明:σ是n P 的线性变换.
(2)求()n P σ与1(0).σ-
(1)证明:112222(,,
,)(0,,,)n n n n x y x y x y x y x y σ+++=++ 221212(0,,,)(0,,
,)(,,,)(,,,)n n n n x x y y x x x y y y σσ=+=+
12122((,,
,))(,,,)(0,,,)n n n k x x x kx kx kx kx kx σσ== 212(0,,,)(,,,)n n k x x k x x x σ==.
所以σ是n P 的线性变换.
(2){}2()(0,,,)|,2,,.n n i P x x x P i n σ=∈=. {}111(0)(,0,,0)|.x x P σ-=∈
3.设⎪⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛----=a A 33242111与⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=b B 00020002相似.
(1)求b a ,的值;
(2)求可逆矩阵,使B AP P =-1.
解:(1)由矩阵A 与B 相似可得,矩阵A 与B 有相同的迹与行列式,因此有
45,46 6.
b a b a +=+⎧⎨=-⎩ 所以5,6a b ==.
(2)先求矩阵A 的特征值与特征向量.
21
11||2
42(6)(2)335
E A λλλλλλ---=--=--- 特征值为1,232,6λλ==.当1,22λ=时,解方程组
1231231
230,2220,3330.x x x x x x x x x +-=⎧⎪--+=⎨⎪+-=⎩
得矩阵A 属于特征值-2的线性无关特征向量为12(0,1,1)',(1,0,1)'ξξ==.当16λ=时,解方程组
12312312350,2220,330.x x x x x x x x x +-=⎧⎪-++=⎨⎪++=⎩
得矩阵A 属于特征值7的线性无关特征向量为1(1,2,3)'ξ=-.因此可取矩阵
011102113P ⎛⎫ ⎪=- ⎪ ⎪⎝⎭
,
有B AP P =-1.
4.令n n P ⨯表示数域P 上一切n 级方阵所成的向量空间,取定,n n A B P ⨯∈,对任意的n n P X ⨯∈,定义()''X A XA B XB σ=-. 证明σ是n n P ⨯上的一个线性变换.
证明:对任意的,,n n X Y P k P ⨯∈∈,有
()'()'()''''()(),
X Y A X Y A B X Y B
A XA
B XB A YA B YB X Y σσσ+=+-+=-+-=+
()'()'()('')()kX A kX A B kX B k A XA B XB k X σσ=-=-=.
因此σ是n n P ⨯上的一个线性变换.。