设A,B,C均是三阶矩阵,满足AB=-2B,CAT=2C.
其中
(Ⅰ)求A;
(Ⅱ)证明:对任何三维向量ξ,A100ξ与ξ必线性相关.
参考答案:(Ⅰ)由题设条件①AB=-2B,将B按列分块,设B=[β1,β2,β3],则有A[β1,β2,β3]=-2[β1,β2,β3],即Aβi=-2βi,i=1,2,3,故βi(i=1,2,3)是A的对应于λ=-2的特征向量,又因β1,β2线性无关,β3=β1+β2,故β1,β2是A的属于λ=-2的线性无关特征向量.②CAT=2C,两边转置得ACT=2CT,将CT按列分块,设CT=[α1,α2,α3],则有A[α1,α2,α3]=2[α1,α2,α3],Aαi=2αi,i=1,2,3.αi(i=1,2,3)是A的属于λ=2的特征向量,因α1,α2,α2互成比例,故α1是A的属于λ=2的线性无关特征向量.
取P=[β1,β2,α1],则P可逆,且
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A=PAP-1,其中[*]
P-1计算如下:
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(Ⅱ)因Aβi=-2βi,(i=1,2),故A100βi=(-2)100βi=2100βi,(i=1,2),Aα1=2α1,故A100α1=2100α1.
对任意的三维向量ξ1,因β1,β2,α1线性无关,ξ可由β1,β2,α1线性表出,且表出法唯一,设
ξ=μ1β1+μ2β2+μ3α1,
则A100ξ=A100(μ1β1+μ2β2+μ3α1)
=μ1A100β1+μ2A100β2+μ3A100α1
=μ12100β1+μ22100β2+μ32100α1
=2100(μ1β1+μ2β2+μ3α1)=2100ξ.
得证A100ξ和ξ成比例,A100ξ和ξ线性相关.