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高等代数期中试题答案
一、判断题(每小题2分,共20分: 认为对的在括号内打√, 错的打×.) 1、若向量组线性无关,则生成子空间的维数等于.(√) 2、若实矩阵 满足,则的行列式为. (×) 3、中多项式线性无关. (√) 4、设,则相似于对角矩阵. (√) 5、实矩阵一定有实特征值. (×) 6、若是级方阵的重特征值,则. (√) 7、线性空间的线性变换的属于特征值的全体特征向量作成的子空间. (×) 8、 维线性空间的一个线性变换的值域与核的维数之和为. (√) 9、级矩阵相似于对角矩阵的充分必要条件是有个线性无关的特征向量. (√) 10、相似矩阵具有相同的特征值、行列式、秩和迹. (√) 二、填空题(每小题2分,共20分) 11、设,, ,则 1 . 12、设向量在基下的坐标为,则在基下的坐标为. 13、矩阵满足,则的特征值只可能为 ±2 . 14、矩阵的最小多项式是. 15、设矩阵的三个特征值为,则有 9 , 3 . 16、设三级矩阵的三个特征值为,则行列式 24 . 17、若矩阵满足,,则矩阵的最小多项式为. 18、设是数域上维线性空间的一个可逆线性变换,在的一组基下的矩阵为,则线性变换在这组基下的矩阵为. 19、设是属于线性变换的不同特征值的特征向量,且满足,则两个常数分别等于 1与2 . 20、在线性空间中,定义线性变换为:,则在基下的矩阵为. 三、解答题(21-25小题,每小题8分,共40分.) 21、设,求出矩阵的(即的)行列式因子、不变因子、初等因子,并写出的若当标准形. 解 因为,故有 (1)的行列式因子为. (2)的不变因子为. (3)的初等因子为. (4)的若当标准形. 22、设,. (1)直接指出与的维数; (2)求的一组基和维数; (3)求的一组基和维数. 解(1); (2)由 故的一组基为,而; (3)设,则, 即,它等价于齐次线性方程组 由,即,方程组通解为 ,故,即知的一组基为,而. 23、设三维线性空间的一组基为,线性变换使 (1)证明为线性变换的不变子空间; (2)求出的值域与核的维数(即秩与零度); (3)分别求出的值域与核的一组基. 解(1)本题之(1)有误.原因如下:对,,则 , 故知不是线性变换的不变子空间. (2)线性变换在一组基下的矩阵为,因为,故 线性变换的值域的维数(也称为的秩),再根据公式: 的秩的零度 知的核的维数(也称为的零度). (3)的值域,不难证明线性无关,而线性相关,故的值域的一组基可取为,即 是的一组基. 设,,则,代入得,即得 由于线性无关,得 ,上述方程组的通解为,则 ,即为的核的一组基. 注:原题中:线性变换应改为 24、用表示实数域上所有次数小于3的多项式,再添加零多项式构成的线性空间, 是三个互不相同的实数. (1)证明是的一组基; (2)求由基到基的过渡矩阵; (3)求在基下的坐标. 解 (1)因为是一个三维空间,所以只需证明线性无关即可. 为此设,令,得,再分别令,得.即知线性无关,从而是的一组基; (2)根据定义可求出基到基的过渡矩阵为 (3)设,令,得,再分别令,得,,所以在基下的坐标为 . 注1:求在基下的坐标,也可以利用(2)中过渡矩阵的方法来求,但不如直接用定义的方式来得简单. 注2:也可以用拉格朗日插值公式证明是的生成元,从而为基. 25、设,求可逆矩阵以及对角矩阵,使得. 解 (1),得, 的属于的线性无关的特征向量为,的属于的线性无关的特征向量为, 取可逆矩阵,则 . 四、证明题(26-27小题,每小题10分,共20分.) 26、设是维线性空间的一个线性变换,若有向量使是的一组基,且. (1)求出在上述基下的矩阵与特征多项式; (2)证明(零变换); (3)证明:当时,线性变换不能对角化(即在任何一组基下的矩阵都不是对角矩阵). 证明 (1),特征多项式为. (2)由哈密尔顿定理,得; (3)因为线性变换或矩阵的特征值为,齐次线性方程组 的系数矩阵的秩为,故(或矩阵)的线性无关特征向量最多不超过1个,于是不能对角化. 注:原题中条件“”写掉了.另外对(3)也可以下面两种证法: 证法2(反证法):若可以对角化,即相似于对角矩阵,该对角矩阵的主对角元是的所有特征值,即相似于零矩阵,设,于是,矛盾. 证法3:通过计算得知,而由(2)知,故矩阵的最小多项式为,当
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