已知A是3阶矩阵,α1,α2,α3是线性无关的3维列向量,满足Aα1=-α1-3α2-3α3,Aα2=4α1+4α2+α3, Aα3=-2α1+3α3.
(Ⅰ)求矩阵A的特征值;
(Ⅱ)求矩阵A的特征向量;
(Ⅲ)求矩阵A*-6E的秩.
参考答案:[解](Ⅰ)据已知条件,有
A(α1,α2,α3)=(-α1-3α2-3α3,4α1+4α2+α3,-2α1+3α3)
[*]
记[*]及P1=(α1,α2,α3),那么由α1,α2,α3线性无关知矩阵P1可逆,且[*]即A与B相似.
由矩阵B的特征多项式
[*]
得矩阵B的特征值是1,2,3.从而知矩阵A的特征值是1,2,3.
(Ⅱ)由(E-B)x=0得基础解系β1=(1,1,1)T,即矩阵B属于特征值λ=1的特征向量,
由(2E-B)x=0得基础解系β2=(2,3,3)T,即矩阵B属于特征值λ=2的特征向量,
由(3E-B)x=0得基础解系β3=(1,3,4)T,即矩阵B属于特征值λ=3的特征向量,
那么令P2=(β1,β2,β3),则有[*]于是令
[*]
=(α1+α2+α3,2α1+3α2+3α3,α1+3α2+4α3),
则有[*]
所以矩阵A属于特征值1,2,3的线性无关的特征向量依次为
k1(α1+α2+α3),k2(2α1+3α2+3α3),k3(α1+3α2+4α3),ki≠0(i=1,2,3).
(Ⅲ) 由[*]知,[*]
从而[*]所以秩[*]
解析:[评注] 本题综合强,知识点与方法多,考生需很好地思考与总结.例如在特征值的求法上既有用特征多项多,又有用相似矩阵有相同的特征值,还有相关联矩阵特征值之间的联系等方法;在求特征向量时既有齐次方程组(λiE-A)x=0的解,又有P-1AP=[*]中,P是A的特征向量.本题还涉及相似时可逆矩阵P的求法以及相关联矩阵间相似问题等等.