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《线性代数》习题参考
习题一
1.解:(1).
(2)
(3)
(4)
(5)
(6).
2.解:(1)对排列34215而言,3与2,1分别构成一个逆序,4与2,1也分别构成一个逆序,2与1也构成一个逆序,所以。
(2)对排列4321而言,4与3,1,2分别构成一个逆序,3与1,2也分别构成一个逆序,所以。
(3)对排列而言,与均分别构成一个逆序,其逆序数为;与也分别构成一个逆序,其逆序数为,依次类推,2与1也构成一个逆序,因此有
(4)对排列而言,3与2构成一个逆序,其逆序数为1;5与4,2分别构成一个逆序,其逆序数为2;……;分别与构成一个逆序,其逆序数为;分别与构成一个逆序,其逆序数为,……;4与2也构成一个逆序,其逆序数为1;因此有
3.解:在四阶行列式中,含因子的项只有两类,分别为和,下面分别判断这两项的符号,因为行标排列已经是自然排列,故只须计算列标排列的逆序数。因为,,所以含的项分别为和。
4.解:(1)
(2)
(3)
(4)
.
(5)
.
(6)
.
(7)
.
(8)
.
5.证明:(1)
.
(2)
(3)
6.解:(1)因为是方程的3个根,那么必然满足,将其展开得
,
由对应项系数相等可知,
即
因此
(2)在此四阶行列式中,能出现的因子的项只有。由于行标排列已是自然排列,故只须判断列标排列的逆序数,即,所以的符号为负,因此的系数是。
(3)由定理4.1知
(4)由定理4.1可知
7.解:(1)
(2)
.
(3)
.
(4)
.
8.解:(1)
故
(2)
故.
9.解:齐次线性方程组有非零解,则其系数行列式
由得或.
习题二
1.解:
2.解:(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6).
3.解:(1)
(2)
(3)
4.证明:(1)
设矩阵,则根据矩阵的加法与乘积的定义有
矩阵中第行第列的元素
矩阵中第行第列的元素
由此可以看出,矩阵和中的元素一一对应相等
因此有
(2)设矩阵,则根据矩阵乘积的定义有中第行第列的元素
且中第行第列的元素
因此
.
5.证明:(1)
设对角矩阵,,则有
仍为对角矩阵
因此,对角矩阵与对角矩阵的乘积仍是对角矩阵。
(2)设上三角阵,,则
可以看出,仍为上三角阵
因此,上三角阵与上三角阵的乘积仍为上三角阵
同理可证,下三角阵与下三角阵的乘积仍为下三角阵。
6.解:设与可交换的矩阵为,则
,
由可知,这两个矩阵各行各列的元素分别对应相等,根据所得的九个方程可得
,
因此,所有与可交换的矩阵为,其中。
7.解:当和可交换时,下列等式成立。
(1)
(2)
8.解:(1)
(2)因为,,,,
,,,
由此可以看出,
当时,
当时,
当时,
当时,
其中。
(3)因为
所以,当为偶数时,;当为偶数时,。
(4)
(5)因为,,
,所以
(6)因为,,
,,
由数学归纳法可以证明,。
9、解:,,所以
10、解:设,,则
,又因为,,所以
11、解:(1)
(2)
12、证明:用数学归纳法证明。当时,等式显然成立。假设当时等式成立,即
当,有
所以当时,结论成立,因此
13、证明:(1)因为都是阶对称矩阵,所以有
因此
故是对称矩阵,是反对称矩阵。
(2)因为,
所以是对称矩阵,也是对称矩阵。
14、证明:因为为对称矩阵,所以
故也是对称矩阵。
15、解:(1)经计算,知可逆,且
,故
(2)经计算,知可逆,且
故
(3)经计算,知可逆,且
故
(4)经计算,知可逆,且
故
16、解:(1)
(2)
(3)
(4)由得,即
17、解:由,得
从而
所以
18、解:由,得,从而
19、解:
20、解:
21、证明:(1)充分性
设,则
必要性设,因为,所以
从而,即
(2)假设当时,是可逆矩阵,则存在矩阵,使得
由(1)知当时有,对其两边同时右乘,得,即,从而,这与是的非零列矩阵相矛盾,故当时,是不可逆矩阵。22、证明:(1)由,得,故,因此可逆,且,由知,也可逆,且。
(2)由,得,同取行列式,得,从而或,所以与中至少有一个是奇异方阵。
23、解:由,得
即 ,所以
24、证明:由知,即,所以可逆,且
25、证明:用数学归纳法证明。当时,等式显然成立。
假设当时等式成立,即
当时,有
此时结论也成立,因此当为正整数时有。
26、解:因为,且
而易求得
故
27、解(1)
(2)
28、证明:(1)
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