问题 问答题

设A是n阶矩阵,A的第i行第j列的元素aij=i·j,
(Ⅰ)求r(A) ;
(Ⅱ)求A的特征值,特征向量,并问A能否相似于对角阵,若能,求出相似对角阵;若不能,则说明理由.

答案

参考答案:方法一 (Ⅰ)由题设条件知
[*]
(Ⅱ)由A的特征多项式
[*]
[*]
故A有特征值λ12=…=λn-1=0,[*]
当λ12=…=λn-1=0时,方程组(λE-A)X=0就是方程组AX=0,其同解方程组是x1+2x2+…+nxn=0,解得对应的线性无关特征向量为
ξ1=[-2,1,0,…,0]T
ξ2=[-3,0,1,0,…,0]T
…………………………
ξn-1=[-n,0,…,0,1]T
[*]时,(λE-A)X=0,对系数矩阵作初等行变换,得
[*]
[*]
[*]
方程组的同解方程组为
[*]
得对应的特征向量为ξn=[1,2,…,n]T
从而知A有n个线性无关特征向量,A~Λ,取
[*]

[*]
方法二 (1)由题设条件[*].A中第i行元素是第一行的i倍,
故有
[*]
其中α=[1,2,…,n]T≠0.故r(A)=1.
(2)因[*]
故知A的特征值取值范围是0,[*].
|A|=0,λ=0是A的特征值,对应的特征向量满足AX=ααTX=0,因在0,因在方程ααTX=0两边左乘αT,得αT(ααTX)=(αTα)αTX=0,得αTX=0,显然αTX=0,两边左乘α,得ααTX=0,故方程组ααTX=0与αTX=0是同解方程组,只需解方程αTX=0,即解方程
解得线性无关的特征向量为
ξ1=[-2,1,0,…,0]T
ξ2=[-3,0,1,0,…,0]T
…………………………
ξn-1=[-n,0,…,0,1]T
由此可知λ=0至少是n-1重根.
又[*],故A有一个非零特征值[*].
当[*]时,由
(λE-A)X=(αTαE-ααT)X=0,
由观察知,X=α时,有
TαE-ααT)α=(αTα)α-(ααT
=(αTα)α-α(αTα)=0,
故α=[1,2,…,n]Tn是对应[*]的特征向量.
A有n个线性无关的特征向量,A能相似于对角阵.(下同方法一)

单项选择题
单项选择题 A1/A2型题