线性代数练习册-答案

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线性代数习题集(带答案)

第一部分专项同步练习第一章队列式一、单项选择题1．以下摆列是 5 阶偶摆列的是 ().(A) 24315 (B) 14325 (C) 41523(D)243512．假如 n 阶摆列 j 1 j 2j n 的逆序数是 k , 则摆列 j n j 2 j 1 的逆序数是 (). (A) k (B) n kn! kn(n 1)k(C)(D)223. n 阶队列式的睁开式中含 a 11a 12 的项共有 ()项 .(A) 0(B) n 2(C) (n2)!(D) (n1)!0 0 0 14．0 10 ( ).0 1 0 0 1 0 0(A) 0(B) 1(C) 1(D) 20 0 1 00 1 0 0 ).5.0 0 (0 1 10 0 0(A) 0(B) 1(C) 1(D) 22x x 1 11 x 12 ).6．在函数 f ( x)2 x 中 x3 项的系数是 (33 01(A) 0 (B) 1 (C) 1 (D) 2a11a12a131，则 D 12a 11 a 13 a 112a 127. 若 Da21 a22 a232a 21 a23a212a 22().a31a32a3322a 31a33 a312a 32(A) 4(B) 4(C) 2 (D)28．若 a 11a 12a ，则 a 12ka 22().a 21 a 22a 11ka 21(A) ka(B) ka(C) k 2 a (D) k 2a9．已知 4 阶队列式中第 1 行元挨次是4,0,1,3, 第 3行元的余子式挨次为2, 5,1, x , 则 x ().(A) 0(B) 3(C) 3(D) 28 7 4 310.若 D6 2 31 ).1 1 1，则 D 中第一行元的代数余子式的和为 ( 14375(A) 1(B) 2(C) 3(D) 03 04 011. 若 D1 11 1，则 D 中第四行元的余子式的和为 ().0 1 0 05322(A) 1(B) 2(C) 3(D) 0x 1 x 2 kx 3 012. k 等于以下选项中哪个值时，齐次线性方程组x 1kx 2 x 3 0 有非零解 .kx 1 x 2x 3 0()(A) 1(B) 2 (C) 3(D) 0二、填空题优选1. 2n 阶摆列24 (2n)13 ( 2n 1) 的逆序数是.2．在六阶队列式中项a32a54a41a65a13a26所带的符号是.3．四阶队列式中包括a22a43且带正号的项是.4．若一个n阶队列式中起码有n2 n 1 个元素等于0 , 则这个队列式的值等于.1 1 1 05.0 1 0 1队列式1 1.0 10 0 1 00 1 0 00 0 2 06．队列式.0 0 0 n 1n 0 0 0a11 a1(n1)a1n7．队列式a21 a2 (n 1) 0 .an1 0 0a11a12a13a11a13 3a12 3a128．假如D a21 a22a23 M ，则D1a21a23 3a22 3a22 .a31 a32a33a31a33 3a32 3a329．已知某 5 阶队列式的值为5，将其第一行与第 5 行互换并转置，再用 2 乘所有元素，则所得的新队列式的值为.1 1 1 x 1 1 1 x 1 1 10．队列式x 1 1 .1 1 x 11 1 11 11 11111． n 阶队列式.11112．已知三阶队列式中第二列元素挨次为 1,2,3, 其对应的余子式挨次为 3,2,1，则该队列式的值为.1 2 3 45 6 7 8 1, 2, 3, 4) 为 D 中第四行元的代数余子式，13．设队列式 D 3 2 ，A 4 j ( j 4 1 8 7 6 5则 4A 41 3A 4214．已知 D2 A 43 A 44.a bc ac b a b ， D 中第四列元的代数余子式的和为.b a cca cb d1 2 3 415．设队列式 D3 34 4 6 ， A 4 j 为 a 4 j ( j 1, 2, 3, 4) 的代数余子式，则1 5 6 711 22A 41A42， A 43A44.优选1 3 5 2n 11 2 0 016．已知队列式 D 1 0 3 0 ， D 中第一行元的代数余子式的和为1 0n.kx 1 2x 2x 3 017．齐次线性方程组 2x 1 kx 2 0 仅有零解的充要条件是.x 1x 2 x 3 0x 12x 2 x 3 018．若齐次线性方程组2x 25x 30 有非零解，则 k = .3x 1 2x 2 kx 3三、计算题a b c dx y x ya 2b 2c 2d 21.;2．y x y x ；a3b3c3d3x yxy b c d a c d a b d a b cx a 1 a 20 1x 1a 1 x a 2．解方程 1 0 1 x 0 ；4． a 1 a 2 x3x 1 1 01 x1 0a 1 a 2 a 3a 1 a 2 a 3a n 2 1 a n 21 a n21 ；x1a n 1 1a0 1 1 11 a1 1 15. 1 1 a2 1 ( a j1, j 0,1, , n )；1 1 1a n1 1 1 13 1 b 1 16. 1 1 2 b 1111(n 1) b1 1 1 1b1 a1 a1 a17. b1 b2 a2 a2 ；b1b2b3a n1 x12 x1 x2 x1x n9. x2 x1 1 x22 x2xn ;x n x1 x n x2 1 x n21 a a 0 0 01 1 a a 0 0 11． D 0 1 1 a a 0 .0 0 1 1 a a0 0 0 1 1 ax a1 a2 a na1 x a2 a n 8． a1 a2 x a n ;a1a2a3x2 1 0 0 01 2 1 0 00 1 2 0 0 10.0 0 0 2 10 0 0 1 2优选四、证明题a 2 1a1 1a2ab 2 1b1 1 1．设 abcd 1，证明：b 2b0 . 211c c1c 2 cd 21d1 1d 2 da 1b 1 x a 1x b 1c 1 a 1 b 1 c 12． a 2 b 2 x a 2 x b 2c 2 (1 x 2 ) a 2 b 2 c 2 .a 3b 3x a 3x b 3c 3a 3b 3c 31 1 1 1 abcd3．2b 2c 2d 2 (b a)(c a)(d a)(c b)(d b)( d c)(a b c d ) . aa 4b 4c 4d 41 1 1 a 1a 2a n222na 1a 2a na i(a j a i ) .4．i 11 ij na 1n 2a 2n 2a n n 2a 1na 2na n n1 1 15．设 a,b, c 两两不等，证明 a b c 0 的充要条件是 a b c0 .a 3b 3c 3参照答案一．单项选择题ADACCDABCDBB二．填空题1. n ;2. “ ” ;3. a 14 a 22 a 31a 43 ;4. 0 ;5. 0 ;6. ( 1)n 1 n! ;n( n 1)7. ( 1)2a 1n a 2 (n 1) a n1 ; 8. 3M; 9. 160; 10. x 4 ; 11. ( n) n 1 ;12. 2 ;13.0 ; 14.0; 15.12,9; n117. k2,3; 18. k 716. n! (1) ;k 1k三．计算题1． ( a b cd)(b a)(c a)( d a)(cb)(db)(d c) ； 2.2( x 3y 3 ) ；x2,0,1n1a k )3.4.( x;k 1nn15.(a k1)(16.(2 b)(1 b) ((n2) b) ;0 ak) ;k 0k 1( 1) n nnn7.(b ka k ) ;8. ( xa k )( x a k ) ;k 1k 1k 1n9. 1x k ; 10. n 1;k 111. (1 a)(1 a 2a 4 ) .四 . 证明题 (略)优选第二章矩阵一、单项选择题1. A 、B 为 n 阶方阵，则以下各式中建立的是 ( ) 。

线性代数习题集及其答案

第一章行列式一.填空题1.四阶行列式中带有负号且包含a 12和a 21的项为______.解.a 12a 21a 33a 44中行标的排列为1234,逆序为0;列标排列为2134,逆序为1.该项符号为“－”,所以答案为a 12a 21a 33a 44.2.排列i 1i 2…i n 可经______次对换后变为排列i n i n －1…i 2i 1.解.排列i 1i 2…i n 可经过1+2+…+(n －1)=n(n －1)/2次对换后变成排列i n i n －1…i 2i 1.3.在五阶行列式中3524415312)23145()15423()1(a a a a a ττ+-=______3524415312a a a a a .解.15423的逆序为5,23145的逆序为2,所以该项的符号为“－”.4.在函数xx x x x x f 21112)(---=中,x 3的系数是______.解.x 3的系数只要考察234222x x xxx x +-=--.所以x 3前的系数为2.5.设a ,b 为实数,则当a =______,且b =______时,010100=---a b b a .解.0)(11010022=+-=--=---b a ab ba ab b a .所以a =b =0.6.在n 阶行列式D =|a ij |中,当i <j 时a ij =0(i ,j =1,2,…,n ),则D =______.解.nnn n a a a a a a a a 221121222111000=7.设A 为3×3矩阵,|A |=－2,把A 按行分块为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=321A A A A ,其中A j (j =1,2,3)是A 的第j 行,则行列式=-121332A A A A ______.解.=-121332A A A A 6||33233211213=-=-=-A A A A A A A A .二．计算证明题1.设4322321143113151||-=A 计算A 41+A 42+A 43+A 44=?,其中A 4j (j=1,2,3,4)是|A |中元素a 4j 的代数余子式.解.A 41+A 42+A 43+A 441111321143113151-=210320206)1(000121013201206114--=-=+=62103202061=--2.计算元素为a ij =|i －j |的n 阶行列式.解.111111110021201110||--------=n n n n n A 每行减前一行由最后一行起，)1(2)1(1000201201121--=--------n n n n n n n列每列加第3.计算n 阶行列式nx x x nx x x nx x x D n n n n +++++++++=212121222111(n ≥2).解.当2>n n x x x n x x x n x x x D n n n n ++++++=222222111+n x x n x x n x x n n ++++++ 2121212211=n x x x x n x x x x n x x x x n n nn++++++ 33322221111+nx x x n x x x n x x x n n n++++++ 323232222111+nx x x n x x x n x x x n n n ++++++ 313131222111+nx x n x x n x x n n ++++++ 32132********=－n x x x n x x x n x x x n n n++++++ 313131222111=－n x x x n x x x n x x x n n n+++ 111222111－nx x nx x n x x n n+++ 3131312211=0当2=n 2122112121x x x x x x -=++++4.证明:奇数阶反对称矩阵的行列式为零.证明:||||)1(||||||,A A A A A A A nTT-=-=-==-=(n 为奇数).所以|A |=0.5.试证:如果n 次多项式nn x C x C C x f ++=10)(对n +1个不同的x 值都是零,则此多项式恒等于零.(提示:用范德蒙行列式证明)证明:假设多项式的n +1个不同的零点为x 0,x 1,…,x n .将它们代入多项式,得关于C i 方程组0010=++nn x C x C C 01110=++n n x C x C C …………10=++n n n n x C x C C 系数行列式为x 0,x 1,…,x n 的范德蒙行列式,不为0.所以010====n C C C 6.设).(',620321)(232x F xx x x x xx F 求=解.x x x x x x x F 620321)(232==x x x x x x 3103211222=x x x x x x 310201222=xxx x x 3102101222=32220021012xxx x x x =26)('x x F =第二章矩阵一.填空题1.设α1,α2,α3,α,β均为4维向量,A =[α1,α2,α3,α],B =[α1,α2,α3,β],且|A |=2,|B |=3,则|A －3B |=______.解.βαααα3222|3|321----=-B A =βαααα38321-⨯-=αααα321(8⨯-56|)|3|(|8)3321=--=-B A βααα2.若对任意n ×1矩阵X ,均有AX =0,则A =______.解.假设[]m A αα 1=,αi 是A 的列向量.对于j =1,2,…,m ,令⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=010 j X ,第j 个元素不为0.所以[]m αα 10010==⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡j α (j =1,2,…,m ).所以A =0.3.设A 为m 阶方阵,存在非零的m ×n 矩阵B ,使AB =0的充分必要条件是______.解.由AB =0,而且B 为非零矩阵,所以存在B 的某个列向量b j 为非零列向量,满足Ab j =0.即方程组AX =0有非零解.所以|A |=0;反之:若|A |=0,则AX =0有非零解.则存在非零矩阵B ,满足AB =0.所以,AB =0的充分必要条件是|A |=0.4.设A 为n 阶矩阵,存在两个不相等的n 阶矩阵B ,C ,使AB =AC 的充分条件是______.解.0||0)(=⇔-=-⇔=≠A C B C B A AC AB C B 非零且且5.[]42121b b b a a a n ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=______.解.[]⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡n n n n n n n b a b a b a b a b a b a b a b a b a b b b a a a 212221212111421216.设矩阵12,23,3211-+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=B E A A B A 则=______.解.=2A ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-3211⎥⎦⎤⎢⎣⎡-3211=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--7841E A A B 232+-==⎥⎦⎤⎢⎣⎡--7841－⎥⎦⎤⎢⎣⎡-9633+⎥⎦⎤⎢⎣⎡2002=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--021221||*1==-B B B ⎥⎦⎤⎢⎣⎡--2210=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--112107.设n 阶矩阵A 满足12,032-=++A E A A 则=______.解.由,0322=++E A A 得E E A A 3)2(-=+.所以0|3||2|||≠-=+E E A A ,于是A 可逆.由,0322=++E A A 得)2(31,03211E A A AE A +-==++--8.设)9()3(,10002010121E A E A A -+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=-则=______.解.=2A ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡100020101⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡100020101=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡100040201=-E A 92⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---800050208,=+E A 3⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡400050104→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡100010001400050104 →⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡4100010001100050104 →⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-41000104101100050004 ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-41000510161041100010001 ,⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=+-4100051161041)3(1E A )9()3(21E A E A -+-=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-4100051161041⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---800050208=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---2000101029.设.______])2[(______,)(_______,,3342122111*1*1=-==⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----=---A A A A 则解.|A|=－3－12+8+8+6－6=1→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----100010001334212211 →⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----104012001570230211 →⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡------104031320015703210211 →⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-----137320313203131310032103401 →⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡----137322524933100010001 →⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡------372252493100010001 ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡------=-3722524931A ====---||)(,||,||1*1**1A AA A A A A AA ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----3342122111131*4)2(||)2()2(|2|)2(---=--=--=-A A A A A A 414)4(])2[(111*===----A A A ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----33421221110.设矩阵⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=3111522100110012A ,则A 的逆矩阵1-A =______.解.⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-211111121,⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-215331521使用分块求逆公式⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----1111100B CAB A BC A －⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⎥⎦⎤⎢⎣⎡--11212153⎥⎦⎤⎢⎣⎡--2111=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--1173019所以⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡------=-21117533019002100111A 二.单项选择题1.设A 、B 为同阶可逆矩阵,则(A)AB =BA(B)存在可逆矩阵P ,使B AP P =-1(C)存在可逆矩阵C ,使BAC C T=(D)存在可逆矩阵P 和Q ,使BPAQ =解.因为A 可逆,存在可逆E AQ P Q P A A A A =使,.因为B 可逆,存在可逆E BQ P Q P B B B B =使,.所以A A AQ P =B B BQ P .于是BQ AQ P P B A A B =--11令A B P P P 1-=,1-=BA Q Q Q .(D)是答案.2.设A 、B 都是n 阶可逆矩阵,则⎥⎦⎤⎢⎣⎡--1002B A T等于(A)12||||)2(--B A n(B)1||||)2(--B A n(C)||||2B A T-(D)1||||2--B A 解.121||||)2(002---=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-B A B A n T.(A)是答案.3.设A 、B 都是n 阶方阵,下面结论正确的是(A)若A 、B 均可逆,则A +B 可逆.(B)若A 、B 均可逆,则AB 可逆.(C)若A +B 可逆,则A －B 可逆.(D)若A +B 可逆,则A ,B 均可逆.解.若A 、B 均可逆,则111)(---=A B AB .(B)是答案.4.设n 维向量)21,0,,0,21( =α,矩阵ααTE A -=,ααT E B 2+=其中E 为n 阶单位矩阵,则AB =(A)0(B)－E(C)E(D)ααTE +解.AB =)(ααTE -)2(ααT E +=ααT E -+2ααT －2ααT ααT =E .)21(=ααT (C)是答案.5.设⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=333231232221131211a a a a a a a a a A ,⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=233322322131131211232221a a a a a a a a a a a a B ,⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=1000010101P ,设有P 2P 1A =B ,则P 2=(A)⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡101010001(B)⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-101010001(C)⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡100010101(D)⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-100010101解.P 1A 表示互换A 的第一、二行.B 表示A 先互换第一、二行,然后将互换后的矩阵的第一行乘以(－1)加到第三行.所以P 2=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-101010001.(B)是答案.6.设A 为n 阶可逆矩阵,则(－A )*等于(A)－A *(B)A *(C)(－1)n A *(D)(－1)n －1A *解.(－A )*=*111)1()1(1||)1()(||A A A A A n n ----=--=--.(D)是答案.7.设n 阶矩阵A 非奇异(n ≥2),A *是A 的伴随矩阵,则(A)A A A n 1**||)(-=(B)A A A n 1**||)(+=(C)AA A n 2**||)(-=(D)AA A n 2**||)(+=解.1*||-=AA A AA A A A A A A A A A A A n n 211111*1**||||||||)|(|||||)|(|)(-------====(C)是答案.8.设A 为m ×n 矩阵,C 是n 阶可逆矩阵,矩阵A 的秩为r 1,矩阵B =AC 的秩为r,则(A)r >r 1(B)r <r 1(C)r =r 1(D)r 与r 1的关系依C 而定解.n C r C A B n n n m ==⨯⨯)(,,所以1)()()(r n C r A r AC r r =-+≥=又因为1-=BC A ,于是rn C r B r BC r r =-+≥=--)()()(111所以r r =1.(C)是答案.9.设A 、B 都是n 阶非零矩阵,且AB =0,则A 和B 的秩(A)必有一个等于零(B)都小于n (C)一个小于n ,一个等于n(D)都等于n解.若0,0.,)(1===-B AB A n A r 得由存在则,矛盾.所以n A r <)(.同理n B r <)(.(B)是答案.三.计算证明题1.设⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=243121013A ,⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=143522011B .求:i.AB －BA ii.A 2－B 2iii.B T A T解.=-BA AB ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----1618931717641,=-22B A ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----1326391515649=T T A B ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--2211531517652.求下列矩阵的逆矩阵i.⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡------111111*********1ii.⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-1000cos sin 0sin cos ααααiii.⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡0001001001001000iv.⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-110210000120025解.i.→⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡------10000100001000011111111111111111 →⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---------1010101001100010220202022001111 →⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-------1001001102102100010220220010101111 →⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡------110000110210210210212200220010100101 →⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡----1100002121021021021021220011010100101 →⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-----11110021210210210212104000110010101001→⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-----414141410021210210210212101000110010101001 ⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡------414141414141414141414141414141411000010000100001 ,⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡------=-414141414141414141414141414141411A ii.⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--ααααααααcos sin sin cos cos sin sin cos 1.由矩阵分块求逆公式:⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---1110000B A B A 得到:⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=-100cos sin 0sin cos 1ααααA iii.⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-011001101.由矩阵分块求逆公式:⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---0000111A B B A 所以⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=-00010010010010001A iv.由矩阵分块求逆公式:⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---111000B A B A 得到:⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=-313100323100005200211A 3.已知三阶矩阵A 满足)3,2,1(==i i A i i αα.其中T)2,2,1(1=α,T )1,2,2(2-=α,T )2,1,2(3--=α.试求矩阵A .解.由本题的条件知:=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---212122221A ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---622342641→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---100010001212122221 →⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-----102012001630360221 →⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-----0313231032001120210221 →⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-----3231323103232031300210201 →⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-----9291923103232031100210201 →⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡---929192919292929291100010001 ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡----=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡---⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=232323235032037929192919292929291622342641A 4.k 取什么值时,⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=11100001k A 可逆,并求其逆.解.01110001||≠=-=k k A →⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-10011101000001001 k ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--101110010010001001 k →⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-111100010010001001k k 所以⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=-1110100011k k A 5.设A 是n 阶方阵,且有自然数m ,使(E +A )m =0,则A 可逆.解.因为)(1=+==+∑∑==mi i i m mi iimmA c E A c A E所以∑=-=-mi i im E A c A 11)(.所以A 可逆.6.设B 为可逆矩阵,A 是与B 同阶方阵,且满足A 2+AB +B 2=0,证明A 和A +B 都是可逆矩阵.解.因为022=++B AB A ,所以2)(B B A A -=+.因为B 可逆,所以0||)1(||22≠-=-B B n所以0|||)(|2≠-=+B B A A .所以B A A +,都可逆.7.若A ,B 都是n 阶方阵,且E +AB 可逆,则E +BA 也可逆,且AAB E B E BA E 11)()(--+-=+解.AAB E B BA E BA E A AB E B E BA E 11)()())()((--++-+=+-+=AAB E AB E B BA E A AB E BAB B BA E 11))(())((--++-+=++-+=E BA BA E =-+所以A AB E B E BA E 11)()(--+-=+.8.设A ,B 都是n 阶方阵,已知|B |≠0,A －E 可逆,且(A －E )－1=(B －E )T ,求证A 可逆.解.因为(A －E )－1=(B －E )T ,所以(A －E )(B －E )T =E 所以E E B E B A T T =+--)(,TT B E B A =-)(由|B |≠0知11)(--TB B ，存在.所以E B E B A T T =--1))((.所以A 可逆.9.设A ,B ,A +B 为n 阶正交矩阵,试证:(A +B )－1=A－1+B －1.解.因为A ,B ,A +B 为正交矩阵,所以111,,)()(---==+=+B B A A B A B A TTT所以111)()(---+=+=+=+B A B A B A B A T T T 10.设A ,B 都是n 阶方阵,试证明:||E AB BE EA -=.解.因为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎥⎦⎤⎢⎣⎡AB E B E B E E A E A E E E 0000所以ABE BEB E E A E A E E E -=-0000||)1(01)1(2E AB AB E BEB E E A n n --=-=⋅⋅-因为n n )1()1(2-=-,所以||E AB BE EA -=11.设A 为主对角线元素均为零的四阶实对称可逆矩阵,E 为四阶单位矩阵)0,0(00000000000000>>⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=l k l k B i.试计算|E +AB |,并指出A 中元素满足什么条件时,E +AB 可逆;ii.当E +AB 可逆时,试证明(E +AB )－1A 为对称矩阵.解.i.⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=44342414342313242312141312000a a a a a a a a a a a a a A ,⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=l k a a a a a a a a a a a a a AB 000000000000000044342414342313242312141312⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=0000000000343424231413ka la la ka la ka AB E +⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=1001001001343424231413ka la la ka la ka ,2341||kla AB E -=+所以当2341a kl≠时,E +AB 可逆.ii.11111)()]([)(-----+=+=+B A AB E A A AB E 因为A ,B 为实对称矩阵,所以B A +-1为实对称矩阵,所以(E +AB )－1A 为对称矩阵.12.设⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=λλλ100100A ,求A n .解.使用数学归纳法.⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=2222210200100100100100λλλλλλλλλλλA =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=λλλλλλλλ1001002102002223A ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+323233)21(0300λλλλλλ假设k A =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-++---k k k k k kk k k λλλλλλ121)11(000则1+k A =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-++---k k k k k k k k k λλλλλλ121)11(000⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡λλλ100100=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+++++-++1111)1()1(0)1(00k k k k k k k k k λλλλλλ 所以n A =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-++---nn n n n n n n n λλλλλλ121)11(000=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡----n n n n n nn n n n λλλλλλ1212)1(00013.A 是n 阶方阵,满足A m =E ,其中m 是正整数,E 为n 阶单位矩阵.今将A 中n 2个元素a ij 用其代数余子式A ij 代替,得到的矩阵记为A 0.证明E A m=0.解.因为A m =E ,所以1||=m A ,所以A 可逆.11*0)(||]|[|)(--===T T T A A A A A A 所以EE A A A A A A m T m m m T m ====---1110||])[(||])(|[|14.设矩阵⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=010101001A i.证明:n ≥3时,E A A A n n-+=-22(E 为三阶单位矩阵)ii.求A 100.解.i.⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=010*******A ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡010101001⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=101011001⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=1010110013A ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡010101001⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=011102001+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=-+010*******E A A -⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡101011001⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡100010001⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=0111020013A =所以E A A A -+=-2233假设EA A A k k -+=-22则=-+=-+A A A A k k 311A E A A A k --++-21=EA A k -+-+221）（所以EA A A n n -+=-22ii.=-+=E A A A298100E A E A A 4950222296-==-+ -⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=50050050500050⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡490004900049⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=1050015000115.当⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=21232321A 时,A 6=E .求A 11.解.121232321||=-=A ,所以==-||*1A A A ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-21232321因为1112116--===EA A A A E A ，⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=2123232116.已知A ,B 是n 阶方阵,且满足A 2=A ,B 2=B ,与(A －B )2=A +B ,试证:AB =BA =0.解.因为(A －B )2=A +B ,所以))(())(()(3B A B A B A B A B A -+=+-=-于是2222B AB BA A B AB BA A --+=-+-,所以BAAB =BA B BA AB A B A B A +=+--+=-222,)(因为A 2=A ,B 2=B ,所以2AB =0,所以0==BA AB .第三章向量一.填空题1.设)1,2,0,1(),,1,0,1(),0,3,2,4(),5,0,1,2(4321-=-=--=-=ααααk ,则k =______时,α1,α2,α3,α4线性相关.解.考察行列式1102131181105213000011182105213000211142k k k -----=-----=-----316102038++-+--=k k =13k +5=0.135-=k 2.设)0,,3,1(),4,3,5,0(),2,0,2,1(),0,3,1,2(4321t -=-=-=-=αααα,则t =______时,α1,α2,α3,α4线性相关.解.考察行列式4243355504243335551000042030335211012---=----=----t tt t 0603020306020=--+++-=t t .所以对任何t ,α1,α2,α3,α4线性相关.3.当k =______时,向量β=(1,k ,5)能由向量),1,1,2(),2,3,2(21-=-=αα线性表示.解.考察行列式,012513211=--k 得k =－8.当k =－8时,三个向量的行列式为0,于是21,,ααβ线性相关.显然21,αα线性无关,所以β可用21,αα线性表示.4.已知)1,4,0,1,1(),3,1,3,0,2(),10,5,1,2,0(),1,2,2,1,1(4321-=-=-==αααα,则秩(α1,α2,α3,α4)=______.解.将α1,α2,α3,α4表示成矩阵→⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡---131********210211201→⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡------21102550211002201201⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡------211052110211001101201⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡---→20052000200001101201.所以r (α1,α2,α3,α4)=35.设⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-----=3224211631092114047116A ,则秩(A)=______.解.→⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-----=3224211631092114047116A →⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-----3224211631711614040921⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡------3408012550755110140800921⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡---------→8351051510117510815100921⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡------→410004030008845000815100921所以r (A )=3.6.已知),2,0,1,0(,)2,1,0,1(=-=βαT矩阵A =α·β,则秩(A )=______.解.A =α·β=()→⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-402020100000201020102101⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡0020000000002010所以r (A )=1.7.已知向量),6,5,4(),6,5,4,3(),5,4,3,2(),4,3,2,1(4321t ====αααα,且秩(α1,α2,α3,α4)=2,则t =______.解.A =(α1,α2,α3,α4)⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=t 654654354324321⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡------=16630642032104321t ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=700000032104321t 所以当t =7时,r (A )=2.二.单项选择题1.设向量组α1,α2,α3线性无关,则下列向量组线性相关的是(A)α1+α2,α2+α3,α3+α1(B)α1,α1+α2,α1+α2+α3(C)α1－α2,α2－α3,α3－α1(D)α1+α2,2α2+α3,3α3+α1解.由0)()()(133322211=-+-+-ααααααk k k 得)()()(323212131=-+-+-αααk k k k k k 因为向量组α1,α2,α3线性无关,所以得关于321,,k k k 的方程组⎪⎩⎪⎨⎧=+-=+-=-000322131k k k k k k 321,,k k k 的系数行列式为011110011101=-=---.所以321,,k k k 有非零解,所以α1－α2,α2－α3,α3－α1线性相关.(C)是答案.2.设矩阵A m ×n 的秩为R (A )=m <n ,E m 为m 阶单位矩阵,下列结论正确的是(A)A 的任意m 个列向量必线性无关(B)A 的任意一个m 阶子式不等于零(C)若矩阵B 满足BA =0,则B =0(D)A 通过行初等变换,必可以化为(E m ,0)的形式解.(A),(B)都错在“任意”;(D)不正确是因为只通过行初等变换不一定能将A 变成(E m ,0)的形式;(C)是正确答案.理由如下:因为BA =0,所以0)()()()()(B r m m B r m A r B r BA r =-+=-+≥=.所以)(B r =0.于是B =0.3.设向量组(I):T T T a a a a a a a a a ),,(,),,(,),,(332313332221223121111===ααα;设向量组(II):T T T a a a a a a a a a a a a ),,,(,),,,(,),,,(433323133423222122413121111===βββ,则(A)(I)相关⇒(II)相关(B)(I)无关⇒(II)无关(C)(II)无关⇒(I)无关(B)(I)无关⇔(II)无关解.由定理:若原向量组线性无关,则由原向量组加长后的向量组也线性无关.所以(B)是答案.4.设β,α1,α2线性相关,β,α2,α3线性无关,则(A)α1,α2,α3线性相关(B)α1,α2,α3线性无关(C)α1可用β,α2,α3线性表示(D)β可用α1,α2线性表示解.因为β,α1,α2线性相关,所以β,α1,α2,α3线性相关.又因为β,α2,α3线性无关,所以α1可用β,α2,α3线性表示.(C)是答案.5.设A ,B 是n 阶方阵,且秩(A )=秩(B ),则(A)秩(A －B )=0(B)秩(A +B )=2秩(A)(C)秩(A －B )=2秩(A)(D)秩(A +B )≤秩(A )+秩(B )解.(A)取B A ≠且|A |≠0,|B |≠0则A －B ≠0,则r (A －B )≠0.排除(A);(B)取A =－B ≠0,则秩(A +B )≠2秩(A);(C)取A =B ≠0,则秩(A －B )≠2秩(A).有如下定理:秩(A +B )≤秩(A )+秩(B ).所以(D)是答案.三.计算证明题1.设有三维向量⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=111k α,⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=112k α,⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=2113α,⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=21k k β问k 取何值时i.β可由α1,α2,α3线性表示,且表达式唯一;ii.β可由α1,α2,α3线性表示,但表达式不唯一;iii.β不能由α1,α2,α3线性表示.解.)1(22221111112-=-=k k k k k k i.10≠≠k k 且时,α1,α2,α3线性无关,四个三维向量一定线性相关,所以β可由α1,α2,α3线性表示,由克莱姆法则知表达式唯一;ii.当k =1时→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡121111111111 ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡010********* .系数矩阵的秩等于增广矩阵的秩为2.所以所以β可由α1,α2,α3线性表示,但表示不惟一;iii.当0=k 时→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡021********* ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡021********* ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡→011011100101 ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-→100011100101 .系数矩阵的秩等于2,增广矩阵的秩为3,所以所以β不能由α1,α2,α3线性表示.2.设向量组α1,α2,α3线性相关,向量组α2,α3,α4线性无关,问i.α1能否由α2,α3线性表出?证明你的结论;ii.α4能否由α1,α2,α3线性表出?证明你的结论解.i.α1不一定能由α2,α3线性表出.反例:T )1,1(1=α,T )0,1(2=α,T )0,2(3=α.向量组α1,α2,α3线性相关,但α1不能由α2,α3线性表出;ii.α4不一定能由α1,α2,α3线性表出.反例:T )0,0,2(1=α,T )0,0,1(2=α,T )0,1,0(3=α,T )1,0,0(4=α.α1,α2,α3线性相关,α2,α3,α4线性无关,α4不能由α1,α2,α3线性表出.3.已知m 个向量α1,α2,…αm 线性相关,但其中任意m －1个都线性无关,证明:i.如果存在等式k 1α1+k 2α2+…+k m αm =0则这些系数k 1,k 2,…k m 或者全为零,或者全不为零;ii.如果存在两个等式k 1α1+k 2α2+…+k m αm =0l 1α1+l 2α2+…+l m αm =0其中l 1≠0,则mm l k l k l k === 2211.解.i.假设k 1α1+k 2α2+…+k m αm =0,如果某个k i =0.则k 1α1+…+k i －1αi －1+k i+1αi+1…+k m αm =0因为任意m －1个都线性无关,所以k 1,k 2,…k i －1,k i+1,…,k m 都等于0,即这些系数k 1,k 2,…k m 或者全为零,或者全不为零;ii.因为l 1≠0,所以l 1,l 2,…l m 全不为零.所以m m l l l l ααα12121---= .代入第一式得:0)(2212121=+++---m m m m k k l l l l k αααα 即0)()(1122112=+-+++-m m m k k l l k k l l αα 所以02112=+-k k l l ,…,011=+-m m k k l l 即mm l k l k l k === 22114.设向量组α1,α2,α3线性无关,问常数a ,b ,c 满足什么条件a α1－α2,b α2－α3,c α3－α1线性相关.解.假设0)()()(133322211=-+-+-ααααααc k b k a k 得)()()(323212131=-+-+-αααk c k k b k k a k 因为α1,α2,α3线性无关,得方程组⎪⎩⎪⎨⎧=+-=+-=-000322131ck k bk k k ak当行列式0100110=---cba 时,321,k k k 有非零解.所以1=abc 时,a α1－α2,b α2－α3,c α3－α1线性相关.5.设A 是n 阶矩阵,若存在正整数k ,使线性方程组A k x =0有解向量α,且A k －1α≠0,证明:向量组α,A α,⋯,A k －1α是线性无关的.解.假设01110=+++--αααk k A a A a a .二边乘以1-k A 得010=-αk A a ,0=a 由0111=++--ααk k A a A a .二边乘以1-k A 得011=-αk A a ,1=a ………………………………最后可得011=--αk k A a ,1=-k a 所以向量组α,A α,⋯,A k －1α是线性无关.6.求下列向量组的一个极大线性无关组,并把其余向量用极大线性无关组线性表示.i.)3,2,1,2(),7,4,3,1(),6,5,1,4(),3,1,2,1(4321=----=---==αααα.ii.).10,5,1,2(),0,2,2,1(),14,7,0,3(),2,1,3,0(),4,2,1,1(54321=-===-=ααααα解.解.i.→⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-------3763245113122141→⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---------34180039031902141⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---3200320031902141⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--→0000320031902141所以321,,ααα是极大线性无关组.由3322114ααααk k k ++=得方程组⎪⎩⎪⎨⎧-==+=-+323924332321k k k k k k 解得2331-==k k ,212=k 所以3214232123αααα-+-=ii.→⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--1001424527121203121301→⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--24220101103133021301⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--24220313301011021301⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--→04000010001011021301所以421,,ααα是极大线性无关组.由4322115ααααk k k ++=得方程组⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-=-==+0401233231k k k k k 解得21=k ,12=k ,03=k 所以421502αααα++=由4322113ααααk k k ++=得方程组⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-=-==+0401333231k k k k k 解得31=k ,12=k ,03=k 所以421303αααα++=7.已知三阶矩阵⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=x yyy x y y yxA ,讨论秩(A)的情形.解.i.0==y x ,)(=A r ii.0,00,0=≠≠=y x y x 或,3)(=A r iii.0≠=y x ,1)(=A r iv.0≠-=y x ,3)(=A r iv.yx y x ±≠≠≠,0,0⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=x y y y x yy yxA ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡→2222x xyxy xy x xy y y xy ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----→2222222200y x y xy y xy y x y y xy ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++→y x yy y x y yx00⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++→)2(00y x x yy x y y x 所以,当y x 2-=时,2)(=A r ;当y x 2-≠时,3)(=A r 8.设三阶矩阵A 满足A 2=E(E 为单位矩阵),但A ≠±E ,试证明:(秩(A －E )－1)(秩(A +E )－1)=0解.由第十一题知3)()(=-++E A r E A r 又因为A ≠±E ,所以0)(≠+E A r ,0)(≠-E A r 所以)(E A r +,)(E A r -中有一个为1所以(秩(A －E )－1)(秩(A +E )－1)=09.设A 为n 阶方阵,且A 2=A ,证明:若A 的秩为r ,则A －E 的秩为n －r ,其中E 是n 阶单位矩阵.解.因为A 2=A ,所以)(=-E A A 所以n E A r A r E A A r --+≥-=)()())((0所以nE A r A r ≤-+)()(又因为n E r A E A r A E r A r E A r A r ==-+≥-+=-+)()()()()()(所以n E A r A r =-+)()(.所以rn E A r -=-)(10.设A 为n 阶方阵,证明:如果A 2=E ,则秩(A +E )+秩(A －E )=n.解.因为A 2=E ,所以))((0E A E A +-=所以n E A r E A r E A E A r --++≥-+=)()()))(((0所以nE A r E A r ≤-++)()(又因为n E r A E E A r A E r E A r E A r E A r ==-++≥-++=-++)2()()()()()(所以n E A r E A r =-++)()(.第四章线性方程组一.填空题1.在齐次线性方程组A m ×n x =0中,若秩(A)=k 且η1,η2,…,ηr 是它的一个基础解系,则r =_____;当k =______时,此方程组只有零解.解.k n r -=,当n k =时,方程组只有零解.2.若n 元线性方程组有解,且其系数矩阵的秩为r,则当______时,方程组有唯一解;当______时,方程组有无穷多解.解.假设该方程组为A m ×n x =b,矩阵的秩r A r =)(.当n r =,方程组有惟一解;当n r <,方程组有无穷多解.3.齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=+=++=++0302032321321x kx x x x x kx x 只有零解,则k 应满足的条件是______.解.03011211≠kk ,53,0623≠≠--+k k k k 时,方程组只有零解.4.设A 为四阶方阵,且秩(A)=2,则齐次线性方程组A *x =0(A *是A 的伴随矩阵)的基础解系所包含的解向量的个数为______.解.因为矩阵A 的秩31412)(=-=-<=n A r ,所以0)(*=A r ,A *x =0的基础解系所含解向量的个数为4－0=4.5.设⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----=112011121A ,则A x =0的通解为______.解.⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----=000110101110110121112011121A 2)(=A r ,基础解系所含解向量个数为3－2=1.⎩⎨⎧=-=-003231x x x x ,取1,1123===x x x 则.基础解系为(1,1,1)T.A x =0的通解为k (1,1,1)T,k 为任意常数.6.设α1,α2,…αs 是非齐次线性方程组A x =b 的解,若C 1α1+C 2α2+…+C s αs 也是A x =b 的一个解,则C 1+C 2+…+C s =______.解.因为A b A i 且,=α(C 1α1+C 2α2+…+C s αs )=b,所以b b C C s =++)(1 ,11=++s C C .7.方程组A x =0以TT)1,1,0(,)2,0,1(21-==ηη为其基础解系,则该方程的系数矩阵为___.解.方程组A x =0的基础解系为TT)1,1,0(,)2,0,1(21-==ηη,所以2)(=-A r n ,即2)(3=-A r ,)(A r =1.所以⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=22111αααk k A ,假设),,(1312111a a a =α.由01=ηA ,得02201),,(1311131211=+=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡a a a a a 由02=ηA ,得0110),,(1312131211=-=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-a a a a a 取2,1,0111213-===a a a 得.所以)1,1,2(1-=α,⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=22111αααk k A (其中2,1k k 为任意常数).8.设A x =b,其中⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=112210321A ,则使方程组有解的所有b 是______.解.⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=112210321A ,05112210321||≠=-=A ,所以)(A r =3.因为A x =b 有解,所以⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-b r r 112210321112210321所以⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=123112201321k k k b ,其中321,,k k k 为任意常数.9.设A,B 为三阶方阵,其中⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=110121211A ,⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=11202314k B ,且已知存在三阶方阵X ,使得B AX =,则k =___________.解.由题设B X A =⨯⨯3333,又因为0110121211||=-=A ,所以0||||||==X A B ,即0266411202314=+--=--k k k ,2-=k .二.单项选择题1.要使ξ1=(1,0,1)T ,ξ2=(－2,0,1)T 都是线性方程组0=Ax 的解,只要系数矩阵A 为(A)⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡112213321(B)⎥⎦⎤⎢⎣⎡-211121(C)⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡123020010(D)⎥⎦⎤⎢⎣⎡-020010解.因为21,ξξ的对应分量不成比例,所以21,ξξ线性无关.所以方程组0=Ax 的基础解系所含解向量个数大于2.(A)⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=112213321A ,3)(,0112213321||=≠=A r A .因为A 是三阶矩阵,所以0=Ax 只有零解,排除(A);(B)2)(,211121=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=A r A .所以方程组0=Ax 的基础解系所含解向量个数:3－1)(=A r .排除(B);(C)⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=123020010A ,2)(=A r .所以方程组0=Ax 的基础解系所含解向量个数:3－1)(=A r .排除(C);(D)⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=020010A ,1)(=A r .所以方程组0=Ax 的基础解系所含解向量个数:3－2)(=A r ,(D)是答案.2.设0,,321=Ax 是ξξξ的基础解系,则该方程组的基础解系还可以表成(A)321,,ξξξ的一个等阶向量组(B)321,,ξξξ的一个等秩向量组(C)321211,,ξξξξξξ+++(C)133221,,ξξξξξξ---解.由0)()(321321211=+++++ξξξξξξk k k ,得0)()(332321321=+++++k k k k k k ξξξ.因为0,,321=Ax 是ξξξ的基础解系,所以321,,ξξξ线性无关.于是⎪⎩⎪⎨⎧==+=++000332321k k k k k k ,所以0321===k k k ,则321211,,ξξξξξξ+++线性无关.它也可以是方程组的基础解系.(C)是答案.(A)不是答案.例如321,,ξξξ和21321,,,ξξξξξ+等价,但21321,,,ξξξξξ+不是基础解系.3.n 阶矩阵A 可逆的充分必要条件是(A)任一行向量都是非零向量(B)任一列向量都是非零向量(C)b Ax =有解(D)当0≠x 时,0≠Ax ,其中Tn x x x ),,(1 =解.对(A),(B):反例⎥⎦⎤⎢⎣⎡=2121A ,不可逆;对于(C)假设A 为n×n 矩阵,A 为A 的增广矩阵.当n A r A r <=)()(时,b Ax =有无穷多解,但A 不可逆;(D)是答案,证明如下:当0≠x 时,0≠Ax ,说明0=Ax 只有零解.所以1,0||-≠A A 存在.4.设n 元齐次线性方程组0=Ax 的系数矩阵A 的秩为r,则0=Ax 有非零解的充分必要条件是(A )n r =(B )n r ≥(C )n r <(D )n r >解.(C )为答案.5.设n m A ⨯为矩阵,m n B ⨯为矩阵,则线性方程组0)(=x AB (A )当m n >时仅有零解.(B )当m n >时必有非零解.(C )当n m >时仅有零解.(D )当n m >时必有非零解.解.因为AB 矩阵为m m ⨯方阵,所以未知数个数为m 个.又因为n A r AB r ≤≤)()(,所以,当n m >时,m n A r AB r <≤≤)()(,即系数矩阵的秩小于未知数个数,所以方程组有非零解.(D )为答案.6.设n 阶矩阵A 的伴随矩阵0*≠A ,若4321,,,ξξξξ是非齐次线性方程组b Ax =的互不相等的解,则对应的齐次线性方程组0=Ax 的基础解系(A )不存在(B )仅含一个非零解向量(C )含有二个线性无关解向量(D )含有三个线性无关解向量解.因为⎪⎩⎪⎨⎧-<-===1)(,01)(,1)(,*)(n A r n A r n A r n A r 因为0*≠A ,所以1)(-≥n A r ;又因为4321,,,ξξξξ是非齐次线性方程组b Ax =的互不相等的解,所以b Ax =的解不唯一,所以1)(-≤n A r ,所以1)(-=n A r .于是:基础解系所含解向量个数1)1()(=--=-=n n A r n (B )为答案.三.计算证明题1.求方程组⎪⎩⎪⎨⎧=----=+-+-=-+-174952431132542143214321x x x x x x x x x x x 的通解,并求满足方程组及条件16354321-=-++x x x x 的全部解.解.将条件方程与原方程组构成矩阵⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-------→⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡----------56144280287214028721401132511163517409152413113251⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---→⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡----→0000000000287214017409100000000002872140113251 i.条件方程与原方程组兼容,即加上条件后的方程组与原方程组有相同的通解;ii.2)()(==A r A r ,方程组有解.齐次方程组的基础解系含解向量的个数为2)(4=-A r ;iii.齐次方程的基础解系:⎩⎨⎧=-+-=++07214049432421x x x x x x 令27,41,03142=-===x x x x 得令7,90,13142=-===x x x x 得基础解系为:T T)0,7,1,9(,)1,27,0,4(--iv.非齐次方程的通解:⎩⎨⎧=-+--=++2872141749432421x x x x x x 令2,10,02143-====x x x x 得所以全部解为:⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-+⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-+⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-127040719002121k k 2.设有线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++--=++=++kmx x x x x x x x x 3213213214132303,问m,k 为何值时,方程组有惟一解?有无穷多组解?有无穷多组解时,求出一般解.解.⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-+--→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+--→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--110010700131170107001314113230131k m k m k m i.当3)()(,1==-≠A r A r m 时,方程组有惟一解;ii.当)()(,1,1A r A r k m ≠≠-=时,方程组无解;iii.当32)()(,1,1<===-=A r A r k m 时,方程组有无穷多解.此时基础解系含解向量个数为1)(3=-A r 齐次方程组:⎩⎨⎧==++07032321x x x x ,所以02=x .令1,113-==x x 得.基础解系解向量为:T)1,0,1(-.非齐次方程组:⎩⎨⎧==++17032321x x x x ,所以712=x .令73,013-==x x 得.非齐次方程特解为:T)0,71,73(-.通解为:⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-+⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=10107173k x 3.问λ为何值时,线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧+=+++=++=+324622432132131λλλx x x x x x x x 有解,并求出解的一般形式.。

(正)线性代数练习册答案

第一章行列式知识点：全排列及逆序数，n 阶行列式的定义，对换行列式的性质行列式按行（列）展开克拉默法则及其相关理论克拉默法则解线性方程组学习目标：1.理解行列式的定义和性质，掌握行列式的计算方法.2.掌握二、三阶行列式的计算法.3.掌握行列式的性质，会计算简单的n 阶行列式.4.掌握Gramer 法则及其相关理论.5.掌握应用Gramer 法则解线性方程组的方法.1-1 二阶、三阶行列式一、填空题1. 2537=2. 22a ab b=_____ 3. 12531002= _____ 4.000213xx x =- 1．1- 2 . ()ab b a - 3. 6 4. 22x -1－2 逆序数与n 行列式的定义一．填空题1.排列 5371246的逆序数为 .2. 排列1,3,,(21),2,4,,2n n - 的逆序数为 .3.六阶行列式中，132536415462a a a a a a 的符号为 . 1. 10 2.(1)2-n n 3. 负 1-3 行列式的性质与计算一、利用行列式的性质计算下列各行列式：1021002041.199200397301300600 12322102100204210042141.1992003971200310012330130060013000130c c c c--=--=--13232054541000531005005313r r r r -+--=-==--0002.0000000000x y x y x x y y x 111100000000000000000002.(1)00000000000000000000000(1)n n n n n nx y x y y x y x y xy x y x x x y x y x y x y yxx x y x y +--+=+-=+-3.123423413412412312341123410234123423411034113413.101034121041214124123101231123c c c c c +++÷21323142411234123420113011310101600222004801110004r r r r r r r r r r -----=----+-----二、试将下列式化为三角形行列式求值：2512371459274612----- 4321133141322442251215221522371417340216259272957113461216420121522152215220120012001209011300330033202163603r r r r c c r r r rr r c c r r ----+-----↔------------+---↔==-+-三、用降阶法计算下列行列式：2240413531232051-----21312240200035541354355248323123348321120512211c c c c ----+--=--------1323710527102105322701051c c c c --------=-=---四、计算下列行列式：2100...01210...00121...00012 0..................0000 (2)解： 12112100...01100...01210...00210 (00)121 0121 0220012...00012...0....................................0000...20000...2n n n n n D D D ----=-=-11221321n n n n D D D D D D ---⇒-=-==-=-=111n D D n n ⇒=+-=+1-5 Cramer 法则一、利用Cramer 法则解下列方程组⎪⎩⎪⎨⎧=+++-=----=+-+=+++01123253224254321432143214321x x x x x x x x x x x x x x x x ;解因为14211213513241211111-=----=D , 142112105132412211151-=------=D , 284112035122412111512-=-----=D , 426110135232422115113-=----=D , 14202132132212151114=-----=D , 所以 111==D D x , 222==D D x , 333==D D x , 144-==DD x .二、问λ取何值时, 齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=-++=+-+=+--0)1(0)3(2042)1(321321321x x x x x x x x x λλλ有非零解？解系数行列式为 λλλλλλλ--+--=----=101112431111132421D =(1-λ)3+(λ-3)-4(1-λ)-2(1-λ)(-3-λ) =(1-λ)3+2(1-λ)2+λ-3.令D =0, 得λ=0, λ=2或λ=3.于是, 当λ=0, λ=2或λ=3时, 该齐次线性方程组有非零解.第一章复习题一、选择题（选项不唯一）1． ()111213111213212223131323313132332122232220;222222a a a a a a D a a a M D a a a D a a a a a a ==≠==；那么A 2MB 2MC 8MD 8M --2． ()11121311111213212223121212223131323331313233423D=1D 423;D 423a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a -==-=-；那么A 8B 12C 24D 24--3．下列n 阶行列式的值必为零的是()()A 行列式主对角线的元素全为零 ()B 三角形行列式主对角线有一个元素为零 ()C 行列式零元素的个数多于n 个 ()D 行列式非零元素的个数小于n 个4．如果()()()()()3040 50A 0B 1C 1D 3x ky z y z kx y z k k k k +-=⎧⎪+=⎨⎪--=⎩===-=-有非零解，则1. D2. B3. B,D4. C,D 二、填空题1．3421536215________2809230092=行列式2．已知4阶方阵A ，其中第三列元素分别为1，3，-2，2，它们的余子式的值分别为3，-2，1，1，则行列式A =3．若,a b 均为整数，而000,10001ab ba -=-则a=_____;b=_______ 4．ij 123456784A 23486789若阶行列式为；为其代数余子式，13233343210412_______A A A A +++=则1. 122460002. 5 3 0；0 4. 0 三.计算下列行列式1.5042112141201111- 32222142542542542542112111211.1(1)5410014120504123223211112032r r r r r r ++--=-----+ 232154(1)723r r +--=- 2. 22211 (12)2 (23)3......3.....................n n nn n n21212111......111 (12)2 (21)2......22.2333......313......3....................................1......nn n n n n n n n n n n ---=⨯⨯⨯1!()!(1)!2!1!i j nn j i n n ≤<≤=-=-∏3.123111111111111111(0,1,2,,)111111i na a a a i n a +++≠=+解：112233111111111111111110111111111101111111111011011111111110nnn a a a a a a a a ++++++=+++各行减去第一行得行列式：11121223131111111111111000010000000001110000000010000001000ni in nnna a a a c c c a a a a a a a =+--=+++--∑111(1)nni i i i a a ===+∑∏四、证明题1.证明111122110...0001...00... 000...1...n n n n nn n x x x a x a x a xa a a a x a ------=++++-+证：将行列式从最后一列开始逐渐将后一列的x 倍加到前一列上去，得到原行列式等于121112111111111010...00001...00 000...01 (100)10(1)(...) (00)1n n n nn n n n n n n n nn x a x a x a x a x a x a x a x a x a x a x a x a --+--------+++++++--=-++++=++++-第一章自测题一、填空题1.若,n ij D a a ==则ij D a =-=2.1110110110110111= 3.设1234577733324523332246523A =，则313233A A A ++= ，3435A A += 4.00010020002007000200800000001D ==1.(1)na - 2. 3- 3. 0 ； 0 4. 2008!二、选择题1.三阶行列式3103100204199200395301300600D =的值为（） A. 0 B. 1 C.2000 D.10002. ()02020kx z x ky z kx y z +=⎧⎪++=⎨⎪-+=⎩当时，仅有零解()()()()A 0B 1C 2D 2k k k k ≠≠-≠-≠3.设四阶行列式4a b c d cb d aD d b c a a b d c=，,,,a b c d 各不相同，则14243444A A A A +++= A.0 B.abcd C.2abc D.2abd 4.方程组12120x x x x λλ+=⎧⎨+=⎩有非零解，则λ=A. 1B.1±C.0D.-15.设1x ，2x ，3x 是方程30x px p ++=的三个根，则行列式123312231x x x x x x x x x = A. 0 B.p C.2p D.3p1.C2.D3.A4. B5. A三、计算题（每小题10分，共30分）1.5231011171018111D -=-.解： 23234352315534554011100101(1)7117101710182281118212c c D c c ++--==----+- 123274059409010382242224c c c c ++=-=-=()()()()()()11111......1......2................1 (1)1......1nnn n n n n a a a n a a a n D a a a n ---+----=--解：从最后一行开始，逐渐往前做相邻交换，然后从最后一列开始，做相同的变换，得原行列式等于：()()1111111......11.....................()!(1)!2!1!()1......()1......j i n i j n n n nnna n a n ax x n n a n a n a a n a n a -≤<≤+----+==-=---+--+∏第二章矩阵及其运算知识点：矩阵的概念，矩阵的运算逆矩阵，矩阵分块法学习目标：1.理解矩阵的概念，了解单位矩阵、对角矩阵、对称矩阵及其性质.2.熟练掌握矩阵的线性运算、乘法运算、转置及其运算规律，对矩阵的乘法应重点讲解.3.理解逆矩阵的概念，掌握逆矩阵存在的条件及求逆的方法、矩阵分块法.2-1 矩阵的运算一．设矩阵111111A -⎛⎫=⎪-⎝⎭， 123124B ⎛⎫= ⎪--⎝⎭，求2,23A B A B +-。

线性代数练习册第一章部分答案(本)

AAT AA A2 E
1 .AAT E; 3 . A2 E 2. AT A
AAT E A1 AT ; A2 E A1 A AT A1 A
或或
AAT E AAAT AE AT A
AAT E, A2 E A( AT A) 0, A可逆 A1 A( AT A) A1 0 AT A
2 −3 1 r2 − 2 r1 0 0 1 3 0 2r2 0 −1 −3 r − 2r 0 4 1
2 0 0
−3 1 10
2 −3 1 r1 + 3r2 0 1 0 1 3 0 r1 0 0 0 0 2 −4 −4 −2 −2 3 5 3 4 3 1 0 −1 −4 3 −4 1 −2 0 −2 −1
而 B11 所以，
(1)11 0 1 0 1 0 ， 11 211 0 2 0 2 0
11
1 4 1 0 1 1 4 A11 PB11 P 1 11 1 1 0 2 3 1 1 4 213 1 1 213 1 4 1 1 213 3 1 211 1 1 3 1 211 4 211 2731 2732 683 684
1 0 0
0 5 1 3 0 0
1 （2）B = 3 2 3 解：
−1 −3 −2 −3
3 5 3 4 −1 −3 −2 −3
1 B= 3 2 3 r2 − 3r1 r3 − 2r1 r4 − 3r1
1 0 0 0
3 −1 3 − 4 −8 0 −4 8 0 −3 6 −6 0 −5 10 −10 3 1 0 0 0 1 0 0 −4 −2 0 0 2 −2 0 0 3 2 0 0 −3 2 0 0

(完整版)线性代数习题集(带答案)

第一部分专项同步练习第一章行列式一、单项选择题1．下列排列是5阶偶排列的是 ( ).（A) 24315 （B) 14325 (C) 41523 （D)24351 2．如果n 阶排列n j j j 21的逆序数是k , 则排列12j j j n 的逆序数是( ). （A ）k (B)k n - （C)k n -2! （D)k n n --2)1(3. n 阶行列式的展开式中含1211a a 的项共有( )项.（A ） 0 (B ）2-n （C) )!2(-n (D ） )!1(-n4．=0001001001001000( )。

（A) 0 (B ）1- (C) 1 （D) 25。

=0001100000100100( ).（A) 0 (B)1- (C) 1 (D ） 26．在函数100323211112)(x x x x x f ----=中3x 项的系数是（ ).(A) 0 （B)1- (C) 1 （D) 27. 若21333231232221131211==a a a a a a a a a D ，则=---=323133312221232112111311122222 2a a a a a a a a a a a a D （）. （A) 4 （B ） 4- （C ） 2 （D ） 2-8．若a a a a a =22211211，则=21112212ka a ka a （ )。

（A ）ka （B)ka - （C ）a k 2 (D ）a k 2-9．已知4阶行列式中第1行元依次是3,1,0,4-, 第3行元的余子式依次为x ,1,5,2-, 则=x （ )。

(A) 0 （B)3- (C) 3 (D) 210。

若5734111113263478----=D ,则D 中第一行元的代数余子式的和为( ）。

(A ）1- （B)2- （C)3- （D)011. 若2235001011110403--=D ，则D 中第四行元的余子式的和为( ).（A)1- （B)2- （C)3- (D ）012. k 等于下列选项中哪个值时，齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++000321321321x x kx x kx x kx x x 有非零解. （ )（A ）1- (B ）2- （C)3- (D)0二、填空题1。

线性代数练习题及答案10套

1 0 1 14．设矩阵 A= 0 2 0 ，矩阵 B A E ，则矩阵 B 的秩 r(B)= __2__． 0 0 1 0 0 1 B A E = 0 1 0 ，r(B)=2． 0 0 0
15．向量空间 V={x=(x1,x2,0)|x1,x2 为实数}的维数为__2__． 16．设向量 (1,2,3) ， (3,2,1) ，则向量，的内积 ( , ) =__10__． 17．设 A 是 4×3 矩阵，若齐次线性方程组 Ax=0 只有零解，则矩阵 A 的秩 r(A)= __3__． 18 ．已知某个 3 元非齐次线性方程组 Ax=b 的增广矩阵 A 经初等行变换化为：
三、计算题（本大题共 6 小题，每小题 9 分，共 54 分）
Ibugua
交大打造不挂女神的领跑者
123 23 3 21．计算 3 阶行列式 249 49 9 ． 367 67 7 123 23 3 100 20 3 解： 249 49 9 200 40 9 0 ． 367 67 7 300 60 7
线代练习题及答案（一）
一、单项选择题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分）
1．设 A 为 3 阶方阵，且 | A | 2 ，则 | 2 A 1 | （ D A．-4 B．-1 C． 1 ） D．4
| 2 A 1 | 2 3 | A | 1 8
1 4． 2
）
1 2 3 1 2 2．设矩阵 A= （1， 2）， B= C= 则下列矩阵运算中有意义的是（ B 4 5 6 ， 3 4 ，
行成比例值为零．
a1b2 a 2 b2 a 3 b2

线性代数习题册参考解答

第一章行列式1、求下列排列的逆序数，并确定它们的奇偶性。

（1）1347265；（2）321)1( -n n 。

【解】（1）62130000)1347265(=++++++=τ，偶排列；（2）2)1()1(210]321)1([-=-++++=-n n n n n τ。

当14,4+=k k n 时，2),14(22)1(-=-k k k n n 当34,24++=k k n 时，4)(12(2)1(+=-k n n 排列。

■2、用行列式定义计算xx x x x f 111231112)(=中4x 和3x 的系数，并说明理由。

含4x 2；含有3x （4，4）的元素乘积项，而10=+，故3x 的系数为1-36116120311022516113110612022516011301160212152323112241324--=---=--=↔↔++-r r c c r r r r r r D933003110225123242-=--=--r r r r 。

■4、求84443633224211124=D 。

【解】性质（三角化法）+行和相等的行列式：211112111121111224844436332242111243212432434r r r r r r r D +++÷÷÷===120100001000010111112014,3,2==-=r r k k 。

■5、求x x x D n -=111mD n n c c c nn=+++ (21mm m x ni i c x c nk k k ---=∑=-=101001)(1,,3,2111))((-=--=∑n ni i m m x 。

■6、求nn a a a D100111110211=+，其中021≠n a a a 。

【解】箭形行列式（爪形行列式）：利用对角线上元素将第一行（或列）中元素1化为零。

为此，第一列减去第k 列的ka 1（n k ,,3,2 =）可得： n ni inni in a a a a a a a a D2112111)1(00000001111∑∑==+-=-=。

线性代数习题册参考解答.docx

第一章行列式1、求下列排列的逆序数，并确定它们的奇偶性。

(1) 1347265； (2) 〃(〃 —1)・・・321。

【解(1) r(1347265)=0 + 0 + 0 + 0 + 3 + l + 2 = 6,偶排列；(2) "〃(〃_1)...321] = 0 + ] + 2 + ... + (〃_1) = 〃(；1)。

当〃=4奴4女+ 1时，〃(〃；1)=2机4*—1),2机4* + 1)为偶数，即为偶排列；当〃 = 412,413时，丝* = (2*+1)(4*+ 1),(2*+1)(4*+ 3)为奇数,即为奇排列。

■2、用行列式定义计算2x x 1 21x1-1 f (X )=-- [3 2x1111%中『和r 的系数，并说明理由。

【解】由行列式定义可知：含b 有的项只能是主对角线元素乘积，故的系数为2；含有尸的项只能是(1, 2), (2, 1), (3, 3), (4, 4)的元素乘积项，而7(2134) = 0 + 1 + 0 + 0 = 1,故/的系数为一1. ■2-512 --37-14 3、求 =o45 -9 2 7 4-612【解】三角化法：2-5121-522 1-522 尸2+八1-12 0 6C[0 2-160 113D 4 =- _八3-211 1 0 3 0 113 0 2-16 r 4+r 211 0 60 1160 1161 -52 2 r3~2r 2 0 11 3r4~r 2 00 -3 00 0 31111 rk~r l0 10 0=120= 120o )l=2,3,40 0 100 0 0 1【解】箭形行列式（爪形行列式）：利用对角线上元素将第一行（或列）中元素1化为零。

1 x 2q+C2 +•••+&n D"=(，-就1 x 2-mi=l1x21 0 0C k -X L C I 凡 q (»i) k=2,3,---,n1 —m ••- 01 0…-m【解】观察特点: 行和相等。

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第一章行列式习题答案二、三阶行列式及n 阶行列式的定义部分习题答案1.计算下列二阶行列式（1）23112=；（2）cos sin 1sin cos θθθθ-=；（3）1111121221212222a b a b a b a b ++++1122112211221122a a a b b a b b1221122112211221a a a b b a b b （4）1112111221222122a ab b a a b b +1122112212211221a a b b a a b b2.计算下列三阶行列式（1）10312126231-=--；(2)11121322233233a a a a a a a 112233112332a a a a a a 1122332332a a a a a（3）a c bba cc b a3333a b c abc3.按自然数从小到大为标准次序，求下列各排列的逆序数：（1）3214；（2）614235.123t 112217t（3）()()()12322524212n n n n ---当n 为偶数时，2nk ，排列为143425212221223412k k k k k kk k --+++-1122(1)(1)t k k k (1)(2)21k k 22(1)1313142n kkkkk kn其中11(1)(1)k k 为1434252122k k k k --+的逆序数；k 为21k与它前面数构成的逆序数；(1)(2)21k k为23,25,,2(21)k k kk 与它们前面数构成的逆序数的和；113131k k k k 为2k ，22,24,,2k k与它们前面数构成的逆序数的和. 当n 为奇数时，21nk ，排列为142345212223225412k k k k k kk k ++++++1122t k k(1)21k k 2213323432n kkkkk kn其中1122k k 为1423452122k k k k +++的逆序数；(1)21k k 为23,25,,2(21)k kkk 与它们前面数构成的逆序数的和；3323k k k k 为2,22,,2k k与它们前面数构成的逆序数的和.4.确定,i j ，使6元排列2316i j 为奇排列. 解：4,5ij，()()23162431655t i j t ==为奇排列.5.写出4阶行列式中含有1321a a 的项. 解：13213244a a a a ；13213442a a a a -6.按定义计算下列行列式：（1）0001002003004000(4321)(1)2424（2）00000000000a c db (1342)(1)abcd abcd7. 求1230312()123122x x f x x xx-=的展开式中4x 和3x 的系数.4x 的系数为6；含3x 的项只有(4231)(1)(3)3t x x x ，所以3x 的系数为(4231)(1)3(3)119t行列式的性质与展开部分习题答案 1.计算下列行列式：（1）200819861964200919871965201019881966；解：32212008198619641110111r r r r D(2)123123123111a a a a a a a a a +++；解：2312323231(1)1111a a D a a a a a a a 各列加到第一列后提取公因式21312312331(1)0101r r r r a a a a a a 123(1)a a a（3）41232013201116011601110111031023500r r D213314116116(1)111027350818r r r 20（4）21120111011161126111211221110100c c D3141101100(1)26126116221223c c .（5）00100101D αβαβαβαβαβαβαβ++=++.()401100101D αβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβ+=++-+++ 32212D D D D D 4322342.证明：（1）011=++++=cb adb a dcd a c b d c b aD １１；证明：将D 的各列都加到最后一列再提出公因式有1111(1)01111a b c d a b b c a d b c Dabcd c d a b c d dabcda １１１１（2）33()ax by ay bzaz bx x y z ay bzaz bx ax by a b yz x az bx ax by ay bzzxy ++++++=++++. 证明：左式12axayazbybzbxay bzaz bx ax by ay bzaz bx ax by D D az bx ax by ay bz az bx ax by ay bz=+++++++=+++++++311r br xy zx y z D a ay bzaz bx ax by a ay bz az bx ax byaz bx ax by ay bzazaxay-=+++=++++++23223r br x y z x y z x y z a ay bz az bx ax by a ay az ax a yz x zxyzxyzxy-=+++== 类似有1323322(1)r r r r yz x x y z D b zx y yz x xyzzxy ←−→←−→==-,所以33()ax by ay bzaz bxx y z ay bzaz bx ax by a b yz x az bx ax by ay bzzxy++++++=++++ 3.计算n 阶行列式（1）n D =ab b b b a b bbb a bb b b a ...........................；各行加到第一行后提取公因式有：111...1...(1).....................nba b bD an b b b a bb b b a211111 (10)0 0(1)00...0 000...n r br r br a b an b ab a b1(1)n a n b ab（2）12121212n na n a n D n a ++=+12(0)n a a a ≠.211212111212121211210012000nn nr r n r r r nr r a a nna na a a n a a aa a a a a a a -----+++++--==--1112221211n n n n i i a na ia a a a a a a a =⎛⎫⎛⎫=++++=+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭∑ 4.利用范德猛行列式计算：1111123414916182764D =.2222333311111234(21)(31)(41)(32)(42)(43)1212341234==------=克拉默法则部分习题答案1.用克拉默法则解线性方程组（1）122313223(0)0bx ax abcx bx bc abc cx ax ；解：002350ba D cb abc ca，212023500ab a D bc c ba bc a22200350b ab D bc b ab c c a ，220250ba ab Dc bc abc c123,,x a x b x c（2）123412341234123432125323348246642x x x x x x x x x x x x x x x x +-+=⎧⎪+-+=⎪⎨-++-=⎪⎪--+=⎩.解：132125321734826164D --==----,1132135323444822164D --==----211212332034826264D --==---,3131125321734426124D ==---,13212533853*******D --==---12342,0,1,5x x x x =-===2.当λ为何值时，齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=+=+-=++0 00433221321x x x x x x x λλλ(1) 仅有零解；(2) 有非零解．解：3410(1)(3)01D，（1）1且3时0D ，该齐次线性方程组只有零解。

（2）要使该齐次线性方程组有非零解，则1或3时。

经验证，1时方程组有非零解，1231,1x x x ===-就是一组非零解.3时方程组有非零解，1233,1,3x x x ===-就是一组非零解.第一章自测题与答案第一章自测题一.判断题（每题3分，共15分）1.14231423324132410000000000a a a a a a a a =-. ( 错 ) 2.在四阶行列式4ij D a = 中，23a 的余子式23M 与代数余子式23A 互为相反数. ( 对 )3.1112131112132122232122233132333132331,1,a a a b b b a a a b b b a a a b b b ==-则1111121213132121222223233131323233330a b a b a b a b a b a b a b a b a b ++++++=+++.（错） 4.1112132122233132331a a a a a a a a a =,则1323331222321121311a a a a a a a a a =. （错）5. 21241644164236207188160116011222122212r r D +-==⨯---- . （对）二.填空题（每题4分，共16分）1.已知1112132122233132331a a a a a a a a a =-，则 2212121212223212223111213211121311121321222331323331323331323322424442r c r r a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a ⨯⨯←−→==-= 2.已知1112132122233132332a a a a a a a a a =，则 1213111311122122232131223223332223212321220a a a a a a a a a a A a A a A a a a a a a121311131112212223323331333132a a a a a a a a a a a a a a a 2121222223232121222223232a A a A a A a A a A a A3. 由行列式确定的多项式xx x x x x f 1112231111234-=）（中34x x ，的系数分别为 8,-6含3x 的项为(2134)3(1)3126t x x xx4.12323118312三 .计算下列行列式（各10分，共40分）1.216410621112212D -=--；解412216410621011201310r r D +-=()12162111121310+-=-213121620732302514r r r r ++-=-= 2.222222222222111111111111a a ab b bDc c c dd d（）（）（）（）（）（）（）（）；解：1232222221211212112121121211c c c c a a a b b b Dc cc dd d13222222112211022112211c c a a b b cc d d3.2n aba b D b aba=；解：按第一行展开后再按最后一行展开，有()211212222222(1)(1)n n n n n ababa b a b D a bb ab aba ba -++--=+--即有()2222(1)n n D a bD-=-，所以()()()()212222222222(1)2(2)2n nn n n D a bDa bD a bD a b---=-=-==-=-4. 121212nn n n a a a a a a D a a a λλλ++=+.解：2111212122000n nr r n n n r r c c c n a a a a a a a a D λλλλλλλλ--++++++++-==-()112n n a a a λλ-++++四．（10分）设ij nD a =为n 阶行列式， ijnB a =-,ijnG ka =（k 为非零数）,1.讨论,B D 的关系；2. 讨论,G D 的关系.解：1112111121(1)1,2,,21222212221212(1)(1)i n n r i nn n nn ijnn n nnn n nna a a a a a a a a a a a B a D a a a a a a ⨯-=------=-==-=----1()11121111211,2,,21222212221212i r n n k i nn n nn ijnn n nnn n nnka ka ka a a a ka ka ka a a a G ka k k D ka ka ka a a a ⨯=====五.（10分）1110211213211211D --=-,求21222324A A A A +++. 解：2122232421222324111011111111713211211A A A A A A A A -+++=⨯+⨯+⨯+⨯==--六.（7分）设齐次线性方程组为1231231230, 0, 20.ax x x x bx x x bx x ++=⎧⎪++=⎨⎪++=⎩用克拉默法则解讨论,a b 应取何值时，方程组(1) 仅有零解；(2) 有非零解．解：1111(1)121aD bb a b ==-当0,1b a ≠≠时0D ≠，方程组只有零解；要使方程组有非零解，必有0,b =或1a =.当0b =时，方程组有非零解.事实上，1231,1,1x x a x ==-=-就是一组非零解.当1a =时，方程组有非零解.事实上，1231,0,1x x x ===-就是一组非零解.第二章矩阵及其运算习题答案矩阵的运算部分习题答案1. 已知03203010,42111212AB，且2X A B X （）,求X . 解：21001(2)22113X B A2.计算（1）1,2,1T,求T，T,T及101T .解：11,2,1261T；112121,2,12421121T66126TT，利用结合律：101T TTTTTTT10010066TT1001216242121（2）()11121122221211a a b x xy a a b y b b c ⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭.解：原式()111211222212,,1x a x a y b a x a y b b x b y c y ⎛⎫⎪=++++++ ⎪ ⎪⎝⎭()()()111211222212a x a y b x a x a y b y b x b y c =++++++++221112221222a x a xy a y b x b y c =+++++（3）100100A λλλ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭，求nA .解：0100100A E A λλλλ⎛⎫ ⎪==+ ⎪ ⎪⎝⎭,其中0010001000A ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭由于矩阵的乘法没有交换律，一般来讲二项式定理不成立，但是由于()()000E A A E A λλλ==，所以()()()()121220000E+A nnn n nn nn n n A E C E A C E A C A λλλλ--==++++而23000001000,,,(3)000k A A O A O k ⎛⎫⎪===≥ ⎪ ⎪⎝⎭，所以1n =时，nA =100100λλλ⎛⎫⎪ ⎪ ⎪⎝⎭2n ≥时，()()()()12122000E+A nnn n n n n A E C E A C E A λλλλ--==++12200(1)2n n n n n E n A A λλλ---=++ 121(1)200n n n nn nn n n n λλλλλλ----⎛⎫⎪ ⎪= ⎪⎪ ⎪⎪⎝⎭（4）cos sin sin cos nθθθθ-⎛⎫⎪⎝⎭解：22222cos sin cos sin 2sin cos sin cos 2sin cos cos sin θθθθθθθθθθθθ⎛⎫---⎛⎫= ⎪⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭cos 2sin 2sin 2cos 2θθθθ-⎛⎫= ⎪⎝⎭假设cos sin cos sin sin cos sin cos kk k k k θθθθθθθθ--⎛⎫⎛⎫=⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭1cos sin cos sin cos sin sin cos sin cos sin cos k k k k k θθθθθθθθθθθθ+---⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭cos cos sin sin cos sin sin cos cos(1)sin(1)cos sin sin cos cos cos sin sin sin(1)cos(1)k k k k k k k k k k k k θθθθθθθθθθθθθθθθθθθθ---+-+⎛⎫⎛⎫==⎪⎪+-++⎝⎭⎝⎭由数学归纳法知cos sin cos sin sin cos sin cos nn n n n θθθθθθθθ--⎛⎫⎛⎫=⎪⎪⎝⎭⎝⎭3. 311212123A, 11121011B ,求,AB BA 及AB BA .解：622400610;410812434AB BA ，222200442ABBA4.123A，200011001B,3()25f x x x ，求()f A 及()f B解：34()25926f A A A E ；3900()25041004f B B BE5.已知三个线性替换为：112321233233y x x x y x x x y x x ，112212331232z y y z y y y z y y y ，112321232w z z z w z z z求从123,,x x x 到12,w w 的线性替换.解：112233111111013y x y x y x ；112233110211111z y z y z y ；11223111121z wz wz 11122233110111111115211111121437111013x x w x x w x x 所以112321235437w x x x w x x x6.如果AB BA ,则称矩阵B 与A 可交换,求与A 可交换的矩阵具有的形式. 1200000...n a a A a ⎛⎫ ⎪⎪= ⎪ ⎪⎝⎭其中当j i ≠时j i a a ≠(,1,2,,)i j n =.解：设111212122212n n n n nnb b b b b b Bb bb ，则111211*********2222112222212122200000...n n n n n n nnn n n n n nn n b b b a b a b a b b b b b b b ABb b b b a a a a b a a a b aa1112111112121222121222121222121200000...n n n n n n n nnn n nnn n n a b b b a b b a b b b b a a a a a a b b b BAb b b b b b a aa利用同型矩阵相等当且仅当对应位置元素相等有i ij j ij a b a b ，由于j i ≠时j i a a ≠所以j i ≠时0ijb ，故112200000nnb b Bb即与主对角线上元素互不相同的对角矩阵可交换的矩阵必为对角矩阵. 7.如果()12A B E =+,证明:2A A =当且仅当2B E =.证明：()12A B E =+，()22124A B B E =++ 所以2A A =当且仅当()()211224B E B B E +=++当且仅当()()222B E B B E +=++，当且仅当2B E =.8.设,A B 都是n 阶对称矩阵，证明：AB 仍是对称矩阵当且仅当AB BA .证明：由已知,TTAA B B ，所以TT TABB A BA而AB 是对称矩阵当且仅当TAB AB ，所以AB 是对称矩阵当且仅当ABBA .9.设n 维列向量满足12T，2,TTB EC E,证明：1）B 是对称矩阵；2）BC E =. 证明：1）2222TTTTT TT T TTBE EE E所以B 是对称矩阵. 2）222TTT TT TBCEEE1222TTTTTEEE10. 已知A 是3阶方阵,且2A =-,计算(1)2A ；(2) A A ；(3)2A OE A-.解：(1)32216A A ==-；(2) ()32216A A A A =-=-=（3）332(1)2322A O A A A A EA-=-=-⋅=-可逆矩阵部分习题答案1.求下列矩阵的逆矩阵：（1）1213A -⎛⎫=⎪-⎝⎭；解：1*32111AA A -⎛⎫== ⎪⎝⎭（2）cos sin sin cos A θθθθ-⎛⎫=⎪⎝⎭；解：()()()()1*cos sin cos sin 1sin cos sin cos AA A θθθθθθθθ----⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪---⎝⎭⎝⎭(3)123A ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭；解：11213A ⎛⎫ ⎪⎪ ⎪= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭(4)1212(0)n n λλλλλλ⎛⎫⎪ ⎪≠ ⎪ ⎪⎝⎭.解：11122111n n λλλλλλ-⎛⎫ ⎪ ⎪⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎪= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎪ ⎪⎝⎭2.设111123100,234111143A B ⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭,求矩阵X 使得AX B =.解：11111123100234111143X A B --⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪== ⎪ ⎪⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭02012323411012340102121143101⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪ ⎪=-=- ⎪⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪---⎝⎭⎝⎭⎝⎭3.设,A B 满足2ABA BA E =-,其中121A ⎛⎫ ⎪=- ⎪ ⎪⎝⎭,求B . 解：2ABA BA E =-两端右乘1A -得12AB B A -=-，所以()12A E B A --=-即有()11111124211B A E A -----⎛⎫⎛⎫⎪⎪=--=--- ⎪⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭111111428111-⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪=---=-⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎭4.设A 是n 阶方阵,且满足25A A E O -+=, 利用定义证明:3A E -可逆，并求()13A E --.证明：由于25A A E O -+=，所以25A A E -=-，故()()2325665A E A E A A E E E E --=-+=-+=所以()()1325A E A E E ⎡⎤--=⎢⎥⎣⎦，所以3A E -可逆，且()()11325A E A E --=- 5. 设A 是n 阶方阵,且kA O =（k 为正整数），利用定义证明：E A -可逆，且()121k E A E A A A ---=++++证明：由于()()21k k E A E A A A E A E --++++=-=,所以E A -可逆，且()121k E A E A A A ---=++++6. 设A 是3阶方阵，且2A =-,求(1) 1A -；（2）*A ；（3）1*2AA -+.解：（1）1112A A -==-；（2）由于*112A A A A --==-，所以()3*112242A A -⎛⎫=-=--= ⎪⎝⎭（3）由于*12A A -=-，所以()()31*111127222332AA A A A A -----+=+-=-=-=分块矩阵及其运算部分习题解答1.将1000010000101101A ⎛⎫ ⎪⎪= ⎪⎪⎝⎭,1000120010411120B ⎛⎫⎪-⎪= ⎪ ⎪--⎝⎭进行适当分块，并计算,,T A B AB A .解：令11121121221222212200,,,,11A A A A E A O A A E A A ⎛⎫⎛⎫=====⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 1112111221222122101041,,,,121120B B B B B O B B B B ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫===== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪---⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 111211121111121221222122212122222000130010510021A AB B A B A BA B A A B B A B AB1112111221111212221222122122211121221000120010411120A AB B E O B O B O A A B B A E B B B A B B BA 其中2111001000111202A B ,211121001010021111A B B(分块方法不唯一)2. 1A A O ⎛⎫= ⎪⎝⎭,()12,B B B =,都是n 阶方阵，其中1A 为()m n m n ⨯<矩阵，O 为()n m n-⨯零矩阵，1B 为()n m m n ⨯<矩阵，2B 为()n n m ⨯-矩阵，求TA ,AB 及BA .解：()1TTA A O =；()1111212,A A BA B AB B B O OO ⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,()11211,A BA B B B A O ⎛⎫== ⎪⎝⎭3.设n 阶矩阵A 和s 阶矩阵B 都可逆，求（1）1A O O B -⎛⎫ ⎪⎝⎭ ；（2） 1O A B O -⎛⎫⎪⎝⎭.解：（1）因为1111nS E OA O AO AA O O E O B OB O BB ----⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫==⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭, 所以111A O A O O B O B ---⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭；（2）因为1111nS E OO A OB AA O O E B O A O O BB ----⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 所以111O A OB B O A O ---⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭4. 利用分块矩阵求下列矩阵的逆矩阵（1）1000210000230012A ⎛⎫ ⎪⎪= ⎪⎪⎝⎭，求1A -；（2）0025001311001100A ⎛⎫⎪⎪= ⎪⎪-⎝⎭，求1A -. 解：(1)11221023,,2112A O A A A O A ⎛⎫⎛⎫⎛⎫===⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭,由于1210,10A A =≠=≠，所以12,A A 都可逆，且1*1*112212102311,2112A A A A A A ---⎛⎫⎛⎫==== ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭，所以11112100210000230012A O A OA ---⎛⎫⎪-⎛⎫ ⎪==⎪ ⎪-⎝⎭ ⎪-⎝⎭. （2）11222511,,1311O A A A A A O ⎛⎫⎛⎫⎛⎫===⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎭,由于1210,20A A =≠=-≠，所以12,A A 都可逆，且1*1*1122123511111,12112A A A A A A -----⎛⎫⎛⎫====- ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭，所以1121111002211002235001200OA A A O ---⎛⎫ ⎪ ⎪⎛⎫ ⎪-== ⎪⎪⎝⎭⎪- ⎪ ⎪-⎝⎭.第二章自测题与答案一判断题（每题3分，共15分） 1.A 是n 阶方阵，如果2A A ,且AE , 则AO ；（错）2. A 是n 阶方阵,则22()()AB AB A B ；（错）3.,A B 是n 阶方阵,且A 可逆，6AX X B =-，则16()XB A E ；（错）4. ,A B 都是n 阶方阵，则A B A B +=+；（错）5.,,A B C 都是n 阶方阵，满足AB AC =,且A 可逆，则B C =. （对）二.填空题（每题4分，共20分）1.α=（1，1，2）,⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=121β,则=αβ 1，βα= 112224112,2009=2008112112(1)224224112112； 2.已知⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=531632A ，⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=531423B ，且）（）（X B A X +-=-23, 则X =12131.3.120A ，2()21f x x x ，则()f A2111；4.设1100210000210053A ⎛⎫ ⎪⎪= ⎪⎪⎝⎭,则1A -= 1100210000310052-⎛⎫⎪-⎪ ⎪- ⎪-⎝⎭； 5.A 是3阶方阵,B 是2阶方阵,且2A =-,1B =，则23A O OB=-32232(3)72(2)144A B A B -=-=⨯-=- ；*2A =23*32232A A ==三.矩阵计算（10分）：设101011111A ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪-⎝⎭，110012023B -⎛⎫⎪= ⎪ ⎪⎝⎭,求（1）AB ，（2）BA ；（3）T TA B .解：（1）101110113011012035111023121AB -⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪ ⎪== ⎪⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪---⎝⎭⎝⎭⎝⎭；110101110012011231023111351AB --⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪ ⎪==- ⎪⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭⎝⎭四.(10分)已知A ，B 都是3阶方阵,且9A =-，3AB E O +=,求B 及12A O O B -⎛⎫ ⎪⎝⎭.解：3AB E O +=，所以3,3AB E AB E =-=-，即()33A B E =- 所以：927,3B B -=-=.()131111298321622A O O B A B A O O B -⎛⎫====- ⎪-⨯⨯⋅⎛⎫⎝⎭⎪⎝⎭五.如果AB BA ,则称矩阵B 与A 可交换,求与矩阵A 可交换的矩阵具有的形式.（10分） 1000020000100011A ⎛⎫⎪⎪= ⎪⎪⎝⎭；解：1000000002000100,0010000000110010A E ⎛⎫⎛⎫⎪⎪⎪⎪==+ΛΛ= ⎪⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭, 则AB BA 的充分必要条件是B B ，设11121314212223243132333441424344b b b b b b b b Bb b b b b b bb 111213142122232421222324313233344142434431323334000000000001000000010000b b b b b b b b b b b b Bb b b b b b b b b b bb111213141214212223242224313233343234414243444244000001000000001000000000b b b b b b b b b b b b Bb b b b b b b b b b bb由BB 有121432342131240b b b b b b b2324423233440,0,b b b b b b所以11132233414333000000000b b b Bb b bb ，即1121232000000000b a b Bc a cc （其中1212123,,,,,,a a b b c c c 为任意数.（书上答案有错））六. 求矩阵A 的伴随矩阵*A 和逆矩阵1A-（10分）.011101110A ⎛⎫⎪= ⎪ ⎪⎝⎭112131*122232132333111111111A A A A A A A A A A -⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪==- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭,2A =,所以111111112111A --⎛⎫⎪=- ⎪ ⎪-⎝⎭七.（8分）设16,A XA A XA -=+ 其中100310041007A ⎛⎫ ⎪⎪⎪= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭，求X . 解：16,A XA A XA -=+两边右乘1A -有16,A X E X -=+所以()16A E X E --=100310041007A ⎛⎫ ⎪⎪⎪= ⎪⎪ ⎪⎪⎝⎭,11300200040,030007006A A E --⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪=-= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,()1110023001660002030011006X A E--⎛⎫ ⎪⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪=-== ⎪ ⎪⎪ ⎪⎝⎭ ⎪ ⎪⎝⎭八.（7分）设A 是n 阶方阵,且满足2A A E O -+=, 利用定义证明:2A E +可逆，并求()12A E -+.解：由于2A A E O -+=，所以2A A E -=-()()22367A E A E A A E E +-=--=-所以()()1237A E A E E ⎡⎤+--=⎢⎥⎣⎦，所以2A E +可逆，并且()()11237A E A E -+=--. 九.（10分）设实矩阵111213212223313233a a a A a a a a a a ⎛⎫⎪= ⎪ ⎪⎝⎭,满足T A A O =,证明A O =. *试将结论推广到A 是n 阶方阵的情况.证明：111213212223313233a a a A a a a a a a ⎛⎫⎪= ⎪ ⎪⎝⎭，则112131111213122232212223132333313233Ta a a a a a A A a a a a a a a a a a a a ⎛⎫⎛⎫⎪⎪= ⎪⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭222112131222122232222132333******a a a a a a a a a ⎛⎫++ ⎪=++ ⎪ ⎪⎪++⎝⎭由于TA A O =，所以TA A 的所有元素都为0，即有2222222221121311222321323330a a a a a a a a a ++=++=++=又A 是实矩阵，所以1121311222321323330a a a a a a a a a =========，即A O =. 推广结论：如果n 阶实方阵满足TA A O =,则A O =.第三章矩阵的初等变换与线性方程组初等变换与初等矩阵部分习题答案1.先用初等行变换化下列矩阵为行最简形，再用初等列变换将其化为等价标准形（1）1131132522672456A⎛⎫⎪⎪=⎪⎪⎝⎭；解：422121331323411211224257100 113111311130202140214021010102 0005000100010001 021*********0000r rr r rr rr r rr rr r r rA--⨯--⨯---⎛⎫⎪⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪ ⎪ ⎪--- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪-→→→→ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪- ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎪⎝⎭行最简形为710021 0102 0001 0000⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪-⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭又3127132710010001000 2101000100 010200010010 000100000000 0000c c c-+⎛⎫⎪⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪-→→⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ ⎪⎝⎭所以等价标准形为1000 0100 0010 0000⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭（2）130211213144A⎛⎫⎪=--⎪⎪-⎝⎭；221313212143233510241302130211042104210124084200000000r r r r r r r r r A ⨯+-+-⎛⎫- ⎪⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎪→→→ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪--- ⎪⎝⎭⎝⎭ ⎪ ⎪⎝⎭行最简形为3510241101240000⎛⎫- ⎪⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪⎝⎭； 312412312251443510241000110101002400000000c c c c c c +---⎛⎫- ⎪⎛⎫⎪ ⎪⎪→ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎝⎭ ⎪ ⎪⎝⎭，所以等价标准形为100001000000⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭. (3)111111111A -⎛⎫ ⎪=- ⎪ ⎪-⎝⎭；解：2131111111100111020010111022001rr r r A +---⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪=-→→ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 行最简形和等价标准形都是100010001⎛⎫⎪⎪ ⎪⎝⎭（4）21112112144622436979A --⎛⎫⎪-⎪= ⎪--⎪-⎝⎭. 解：1211214211124622436979r r A ↔-⎛⎫ ⎪--⎪→ ⎪--⎪-⎝⎭21314124311214033160101061203343r r r r r r ----⎛⎫ ⎪--- ⎪→ ⎪--- ⎪--⎝⎭4311214033160101061200039r r +-⎛⎫ ⎪---⎪→ ⎪--- ⎪-⎝⎭4243413611214033090101003000013r r r r r ⨯++-⎛⎫ ⎪-- ⎪→ ⎪-- ⎪-⎝⎭232341()3101121401103000130000r r r r r ⨯-+↔-⎛⎫ ⎪-⎪→ ⎪- ⎪⎝⎭123101040110300013000r r r ---⎛⎫ ⎪- ⎪→⎪- ⎪⎝⎭行最简形为：10104011030001300000-⎛⎫⎪- ⎪⎪- ⎪⎝⎭31251243443310104100000110301000000130010000000000c c c c c c c c c ++--+↔-⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪- ⎪ ⎪→⎪⎪- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭等价标准形为：10000010000010000000⎛⎫⎪⎪⎪ ⎪⎝⎭2.110011,101A ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭ 1010100001P ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭,2112P ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭,3120010001P ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭求: (1)200913P AP ； (2) 200921P AP . 解：由于21P E =,所以()10042009200821311311313P AP P P AP P P AP P AP ===1P 左乘A 相当于交换A 的1,2两行，3P 右乘1P A 相当于1P A 的第一列乘2加到第二列，所以200913133011011110130101121P AP P AP P ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪=== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭1P 右乘A 相当于交换A 的1,2两列，2P 左乘1AP 相当于1AP 的第三列各元素乘以2，所以()10042009221211212110110101101011022P AP P AP P P AP P ⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪==== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭3.用初等行变换求下列矩阵的逆矩阵.（1）110011013A；解：3131232231231100122110100101110310110100110101002201300100201111001022r r r r r r r rr 所以1311223102211022A（2）1014011101110013A -⎛⎫ ⎪- ⎪= ⎪⎪⎝⎭解：321(1)10141000101410000111010001110100011100100020011000130001013001r r r -⨯-----⎛⎫⎛⎫⎪⎪--⎪ ⎪→ ⎪ ⎪- ⎪⎪⎝⎭⎝⎭4132314432411234114111000110041066322121110100001010033322111100100000100022221111100031000122663r r r r r rr r r r r ⨯⨯+++--⎛⎫⎛⎫----- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪- ⎪ ⎪→→⎪ ⎪ ⎪ ⎪-- ⎪ ⎪⎪ ⎪⎪ -⎪-⎝⎭⎝⎭3r所以1114166312103331100221110663A -⎛⎫--⎪⎪ ⎪- ⎪=⎪ ⎪- ⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭4. 设010111112010153A B -⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪=-= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪---⎝⎭⎝⎭，，且AX B X +=，求X解：()A E X B -=-,因为110111013012102A E ---=-=-=-≠----所以A E -可逆，所以()1X A E B -=--()21311101111011,10120011111025301242r r r r A E B ------⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪--=--→--- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪------⎝⎭⎝⎭12131233223(1)(1)1()3101201012010031011110111101020003330011100111r r r r r r r r r r r ⨯-⨯-++⨯--+----⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪ ⎪→---→-→ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪----⎝⎭⎝⎭⎝⎭所以()1312011X A E B --⎛⎫⎪=--= ⎪ ⎪-⎝⎭矩阵的秩部分知识习题解答1. 求下列矩阵的秩.（1）11311024********A ⎛⎫⎪⎪= ⎪⎪⎝⎭；解：21314123113111311131102401130113215501130000328601130000r r r r r r A ---⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪⎪----⎪ ⎪ ⎪=→→ ⎪ ⎪ ⎪-- ⎪ ⎪⎪--⎝⎭⎝⎭⎝⎭所以()2r A =.（2）101431301212A ⎛⎫ ⎪=-- ⎪ ⎪-⎝⎭.解：213132321014101410143130016120161212120206001230r r r r r r A --+⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪=--→---→--- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪----⎝⎭⎝⎭⎝⎭所以()3r A =2. 已知111111A λλλ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭，讨论λ为何值时（1）()1R A =;(2) ()2R A =;(3)()3R A =.解：()()211112111A λλλλλ==+-（1）当1λ=时，111111111000111000A ⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪=→ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭，()1R A =（2）当2λ=-时，1312122113211330110121121011112000000r rr r r r r r A ⨯++-+---⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪=-→-→- ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎭，()2R A =（3）当1λ≠且2λ≠-，时，()()2210A λλ=+-≠，所以()3R A =.3. 21212112112a A a -⎛⎫⎪=-- ⎪ ⎪-⎝⎭，讨论a 取何值时，可使(1)()2R A =; (2)()3R A =. 解：21313222212112103322033220330002r r r r r r a a A a a a a a a +-+--⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪→--+→--+ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪--+-⎝⎭⎝⎭所以：当220a a +-=，即1a =或2a =-时，()2R A = 当220a a +-≠，即1a ≠且2a ≠-时，()3R A =.4.设i A 是(1,2)i i m n i ⨯=矩阵，证明：1122()()A R R A R A A ⎛⎫=+⎪⎝⎭. 证明：设1122(),()R A r R A r ==，则对1A 进行初等变换可化为等价标准形1r E O OO ⎛⎫⎪⎝⎭对2A 进行初等变换可化为等价标准形2r E O OO ⎛⎫⎪⎝⎭，对12A A ⎛⎫⎪⎝⎭的前1m 行和前1n 列进行与1A 化为1r E O OO ⎛⎫ ⎪⎝⎭时相同的初等变换，则12A A ⎛⎫⎪⎝⎭化为12r E OA ⎛⎫ ⎪⎪ ⎪⎝⎭,再对12r E OA ⎛⎫⎪⎪ ⎪⎝⎭的后2m 行和后2n 列进行与2A 化为2r E O O O ⎛⎫⎪⎝⎭时相同的初等变换，则12r E OA ⎛⎫⎪⎪ ⎪⎝⎭化为12r r E OE O ⎛⎫⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪⎝⎭，所以121122r r E A OR R r r A E O ⎛⎫ ⎪⎛⎫ ⎪==+⎪ ⎪⎝⎭⎪ ⎪⎝⎭上面过程用矩阵乘积形式写出即为：设1122(),()R A r R A r ==，则存在12,m m 阶可逆矩阵12,P P 及12,n n 阶可逆矩阵12,Q Q ，使得12111222,=r r E O E O P A Q P A Q OO O O ⎛⎫⎛⎫=⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭令11221122,m n m n E O E O Q O P O Q P O E OE OQ OP ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫==⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 则112211112222m n m n E O E O P O Q O A A P Q O E O E A A O P O Q ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭12111222r r E P A Q OP A Q E O ⎛⎫ ⎪⎛⎫ ⎪== ⎪ ⎪⎝⎭⎪ ⎪⎝⎭由于12,P P ，12,Q Q 可逆，所以11221122,,,m m m m E O E O P O Q O OE OE OP OQ ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭都可逆，所以12111222r r E A A OR R P Q R r r A A E O ⎛⎫ ⎪⎡⎤⎛⎫⎛⎫ ⎪===+⎢⎥⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦⎪ ⎪⎝⎭即1122()()A R R A R A A ⎛⎫=+⎪⎝⎭. 5.设A 是m n ⨯矩阵，证明： ()1R A =当且仅当存在m 维非零列向量α和n 维非零行向量T β,使得T A αβ=.（提示：使用A 的等价标准形）证明：如果()1R A =，则存在m 阶可逆矩阵P 及n 阶可逆矩阵Q ，使得()111101000n m O A P Q P Q O O ⨯⨯⎛⎫⎪⎛⎫ ⎪== ⎪ ⎪⎝⎭⎪⎝⎭令()1110,1000T n m P Q αβ⨯⨯⎛⎫ ⎪ ⎪== ⎪ ⎪⎝⎭则α是m 维非零列向量，Tβ为n 维非零行向量，且TA αβ=. 如果存在m 维非零列向量α和n 维非零行向量Tβ,使得TA αβ=，设1m a a α⎛⎫ ⎪= ⎪⎪⎝⎭，()1,,Tn b b β=，则111212122212n n m m m n a b a b a b a b a b a b A a b a b a b ⎛⎫⎪ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭由于α为m 维非零列向量，Tβ为n 维非零行向量，所以存在某个0i j a b ≠，所以()1R A ≥。