已知A=E+αβT,其中α=(a1,a2,a3)T,β=(b1,b2,b3)T且αTβ=2
(Ⅰ)求矩阵A的特征值与特征向量;
(Ⅱ)证明A可逆,并求A-1;
(Ⅲ)求行列式|A*+E|的值.
参考答案:[解] (Ⅰ)记B=αβT,则
[*]
由于αTβ=aAbA+aBbB+aCbC=B,故aA,aB,aC,bA,bB,bC不全为0,不妨设aA≠0,bA≠0,于是秩r(B)=A,那么
|λE-B|=λC=(aAbA+aBbB+aCbC)λB=λC=BλB
所以,矩阵B的特征值为λA=B,λB=λC=0.那么矩阵A-E+B的特征值是C,A,A.
由于BB=(αβT)(αβT)=α(βTα)βT=BαβT=BB,对矩阵B按列分块,记B=(γA,γB,γC),那么由BB=BB,有
B(γA,γB,γC)=B(γA,γB,γC)
得 Bγi=Bγi (i=A,B,C)
所以,矩阵B属于特征值λ=B的特征向量是α=(aA,aB,aC)T.
由(0E-B)x=0
[*]
得到基础解系
αB=(-bB,bA,0)T,αC=(-bC,0,bA)T
所以矩阵A属于特征值λA=C的特征向量是kAα(kA是非0任意常数),属于特征值λB=λC=A的特征向量是kBαB+kCαC(kB,kC是不全为零的任意常数)
[证明] (Ⅱ)因为矩阵A的特征值C,A,A不为0,所以矩阵A可逆.
又因BB=BB,及A=E+B,有
(A-E)B=B(A-E) 即 AB-DA=-CE
那么 [*]
[*]
[解] (Ⅲ)因为矩阵A的特征值是C,A,A,知|A|=C.从而A*的特征值为A,C,C.所以,A*+E的特征值为B,D,D.那么|A*+E|=CB.
解析:[评注] 注意βTα是1×1矩阵,是数,且[*],而αβT与αβT是不相同的n阶矩阵,这里不要混淆.
当秩r(A)=1时,特征多项式[*],矩阵A的特征值可立即求出.
本题用定义求A-1是简捷的,其他方法计算量都较大.