问题
问答题
设A,B均为n阶反对称矩阵
(Ⅰ)证明对任何n维列向量a恒有aTAa=0;
(Ⅱ)证明对任何非零实数k,恒有A-kE是可逆矩阵;
(Ⅲ)证明若AB-BA是可逆矩阵,n必是偶数.
答案
参考答案:[证明] (Ⅰ)因为αTAα是一个数,因此(αTAα)T=αTAα.
又因(αTAα)T=αTAT(αT)T=-αTAα
从而αTAα=-αTAα.所以恒有αTAα=0
(Ⅱ)用反证法,如果A-kE不可逆,则齐次方程缉(A-kE)x=0有非零解α.即存在α≠0,而(A-kE)α=0,那么Aα=kα.从而αTAα=kαTα,又因为α≠0,必有αTα>0,现已知k≠0,从而kαTα≠0.与(Ⅰ)中αTAα=0相矛盾.
(Ⅲ)因为AT=-A,BT=-B.那么
(AB-BA)T=(AB)T-(BA)T=BTAT-ATBT-BA-AB
=-(AB-BA)
即AB-BA是反对称矩阵.于是
|AB-BA|=(-1)n|AB-BA|
若n是奇数,则必有|AB-BA|=0.所以
AB-BA是可逆矩阵的必要条件是n为偶数。
解析:[评注] 在矩阵的问题上—定要看请矩阵的形状.例如若α是n维列向量,则αTα,αTAα是一令数,而ααT是n阶矩阵.
如果熟悉特征值,应当知道反对称矩阵的特征值是0或纯虚数,那么A-kE可逆就更简单了.