问题 问答题

已知A和B都是n阶非零矩阵,且A2+2A=0,B2+2B=0,
(1)证明λ=-2必是矩阵A和B的特征值;
(2)如果AB=BA=0,α1,α2分别是矩阵A和B关于λ=-2的特征向量,证明α1,α2线性无关;
(3)若秩r(A)=r,求A~A.

答案

参考答案:[证] (1)因为(A+2E)A=0且A≠0,所以齐次方程组(A+2E)x=0有非零解,故|A+2E|=0.即λ=-2必是矩阵A的特征值.
同理,λ=-2也必是矩阵B的特征值.
(2)由AB=0,B≠0知齐次方程组Ax=0有非零解.
故|A|=0,即λ=0必是矩阵A的特征值.
同理,λ=0也必是矩阵B的特征值.
因为Aα1=-2α1,用矩阵B左乘得[*]
可见α1是矩阵B关于λ=0的特征向量.
那么α1,α2是矩阵B不同特征值的特征向量.故α1,α2线性无关.
(3)因为A2+2A=0,有A(A+2E)=0.
一方面r(A)+r(A+2E)≤n
另一方面r(A)+r(A+2E)=r(-A)+r(A+2E)≥r[(-A)+(A+2E)]=r(2E)=n
可见r(A)+r(A+2E)=n,那么r(A+2E)=n-r
当λ=-2时,(-2E-A)x=0的基础解系有n-r(-2E-A)=n-(n-r)=r个线性无关的解.即λ=-2有r个无关的特征向量.
当λ=0时,(OE-A)x=0的基础解系有,n-r(A)=n-r个线性无关的解,即λ=0有n-r个无关的特征向量.
从而矩阵A有n个线性无关的特征向量
所以
[*]

解析:[评注] 关于AB=0,要用好两种处理问题的方法:矩阵B的列向量是齐次方程组Ar=0的解,以及r(A)+r(B)≤n.

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