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习题23.docVIP

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习题23

习题 2.3 1. 证,又 即BA=AB . 2. 证A为任一复方阵,令 其中B为Hermite矩阵,C为反Hermite矩阵,于是,可得 . 3. 证的标准正交基为,在该基下的矩阵为 ((),)= , ((),)= 必要性.若是反对称变换,即(),)=-( ,()),则,也就是. ,对任,有 , 由于在标准正交基下,两向量的内积就等于它们的坐标向量的内积,故有 ((),β) (,(β)) 即是反对称变换.证(1) 因为,即也为对称阵.又因为,即也是对称阵. (2)因,故,所以是反对称的.当为奇数时,如果是反对称阵,则,所以,故不存在奇数阶可逆反对称方阵. 5. 证:(1)因为,设,所以有 则为对称阵. (2)由于与相合,知存在满秩矩阵,使,又因和都是满秩的,于是,即 . 6. 证:因为,,,,,由于,所以,故,即为0或为纯虚数. 7. 证:设,则,因为,且,所以,即或.再由为实对称知,存在正交矩阵,使 .      8. 证的标准正交基为,又在该基下的矩阵为A,则A是正规矩阵,故存在酉矩阵P,使的另一组基,使满足 则有 ( 即在基下的矩阵为对角阵.证(1)因为A半正定,所以存在正交矩阵P,使, 故有 = 且显见等号成立的充要条件为,即. 2)由线性代数知,存在非奇异矩阵M,对角矩阵D,使同时成立.再由第(1)小题知 时的充要条件为 . 10. 证A,B是二个n阶实对称矩阵,且两者相似.当A为正定矩阵时,A的特征值全为正实数,但相似矩阵有相同的特征值,故B的特征值也全为正实数,从而B为正定矩阵.证(1)因为A,B正定,所以对任非零n维向量X,有 由定义知A+B为正定矩阵. 2)设则因M非奇异及A为对称矩阵,有,其中P非奇异矩阵.又 这里为非奇异矩阵,所以是正定的. ,P非奇异,可知 ,则,C亦为非奇异矩阵,所以 可分解成,由充要条件知正定.证 B实对称显然.对任n元列向量X均有 所以B半正定;而当A的列向量组线性无关时,当,此时,,即B正定.证(1)必要性.设A半正定,则对任正数m,的主子式全大于零.如果A有一个K阶主子式中取相应的主子式N,则有 ,故可找到,使,这与是正定的相矛,所以A的主子式必须全大于等于零. A的主子式全大于等于零,那么对任意的正数m,一定是正定的,这是因为的主子式可表成 是的一个主子式,因而是M的阶主子式之和,也就是A的一些阶主子式之和,所以,以及. A不是半正定的,那么有一个非零实向量X,使,即,就有,这与的正定性矛盾,所以A必须是半正定的. 2)因为A是负定的,即对非零列向量X,有,所以必要且只要,即-A是正定矩阵,记A的K阶主子式为,则相应的-A的K阶主子式,由知当k为偶数时,;当k为奇数时,. 14. 证A实对称,故有正交阵Q,使.由于m为奇数,特征值,则有 . 当A为半正定时,由于,故m为正整数时,可取为算术根,于是由上知,对任正整数m,均有实方阵B,使. 15. 证,使.取,则虽然B是正定的,且有 又设,B与C都是实正定的,A与B都相似于对角矩阵,因此它们都有n个线性无关的特征向量.任取B的一个特征向量和相应的特征值,即,亦即也是A的特征向量,为相应的特征值,因此B的n个线性无关的向量都是A的线性无关的向量. 从而,B与A的特征向量完全一致.同理,C与A的特征向量也完全一致,从而C与B的特征向量完全一致.并且,设, 则有,但,但都是正实数,所以.这样,B与C有完全一致的特征向量和相应的特征值,因此B与C可用同样的矩阵P,使是同样的对角矩阵,即 B=C,一性得证. 16. 证A非奇异,所以AAT B1,使,,则有,,且,所以1是正交阵.同样可证2为正交阵. 下证惟一性.设为正定阵,P1为正交阵,则,即有,由上题知,从而又得. 17. 证 B正定,它与单位矩阵合同,故存在可逆阵C,使A实对称,故,使,则 即存在实可逆矩阵P,使同时为对角阵. 18. 证P,使 这里.由此取行列式得, . 另一方面有也取行列式得,显然有 所以 , 但,于是 . 19. 解1)A的特征值,将它们单位化得,即可得P=( (2)A的特征值,相应的特征向量,将它们单位化得,故酉矩阵 20. 证A与B都是正规矩阵,如A与B酉相似 , 即存在酉矩阵,使得 -1A=B ,因而 . 充分性.若A与B有相同的特征多项式,则存在酉矩阵1及2,使得 ,易知是酉矩阵.证 (1)由AB=BA,推知A,B至少有一个

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