2009年考研数学一第6题

选择题 · 4分

📝 题目

设 $\boldsymbol{A}, \boldsymbol{B}$ 均为 2 阶矩阵, $\boldsymbol{A}^{*}, \boldsymbol{B}^{*}$ 分别为 $\boldsymbol{A}, \boldsymbol{B}$ 的伴随矩阵,若 $|\boldsymbol{A}|=2,|\boldsymbol{B}|=3$ ,则分块矩阵 $\left(\begin{array}{ll}\overline{\boldsymbol{O}} & \boldsymbol{A} \\ \boldsymbol{B} & \boldsymbol{O}\end{array}\right)$ 的伴随矩阵为( )

A
$\left(\begin{array}{cc}\mathbf{O} & 3 \mathbf{B}^{*} \\ 2 \mathbf{A}^{*} & \mathbf{O}\end{array}\right)$ .
B
$\left(\begin{array}{cc}\mathbf{O} & 2 \mathbf{B}^{*} \\ 3 \mathbf{A}^{*} & \mathbf{O}\end{array}\right)$ .
C
$\left(\begin{array}{cc}\mathbf{O} & 3 \mathbf{A}^{*} \\ 2 \mathbf{B}^{*} & \mathbf{O}\end{array}\right)$ .
D
$\left(\begin{array}{cc}\mathbf{O} & 2 \mathbf{A}^{*} \\ 3 \mathbf{B}^{*} & \mathbf{O}\end{array}\right)$ .

💡 答案解析

**答案**: (B).

---

**解析**:

$\left|\begin{array}{ll}\boldsymbol{O} & \boldsymbol{A} \\ \boldsymbol{B} & \boldsymbol{O}\end{array}\right|=(-1)^{2 \times 2}|\boldsymbol{A}| \cdot|\boldsymbol{B}|=6$ ,则

$$ \left(\begin{array}{ll} \boldsymbol{O} & \boldsymbol{A} \\ \boldsymbol{B} & \boldsymbol{O} \end{array}\right)^{*}=\left|\begin{array}{ll} \boldsymbol{O} & \boldsymbol{A} \\ \boldsymbol{B} & \boldsymbol{O} \end{array}\right|\left(\begin{array}{cc} \boldsymbol{O} & \boldsymbol{A} \\ \boldsymbol{B} & \boldsymbol{O} \end{array}\right)^{-1}=6\left(\begin{array}{cc} \boldsymbol{O} & \boldsymbol{B}^{-1} \\ \boldsymbol{A}^{-1} & \boldsymbol{O} \end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc} \boldsymbol{O} & 6 \boldsymbol{B}^{-1} \\ 6 \boldsymbol{A}^{-1} & \boldsymbol{O} \end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc} \boldsymbol{O} & 2 \boldsymbol{B}^{*} \\ 3 \boldsymbol{A}^{*} & \boldsymbol{O} \end{array}\right), $$

应选(B). 方法点评:本题需要熟练掌握如下知识点:

📋 详细解题步骤

步骤 1/5
目标:计算分块矩阵的行列式
已知分块矩阵 $M = \begin{pmatrix} O & A \\ B & O \end{pmatrix}$,其中 $A$ 和 $B$ 均为 $2 \times 2$ 矩阵,且 $|A| = 2$,$|B| = 3$。我们需要计算 $|M|$。 对于形如 $\begin{pmatrix} O & A \\ B & O \end{pmatrix}$ 的分块矩阵,其行列式有公式: $$\begin{vmatrix} O & A \\ B & O \end{vmatrix} = (-1)^{mn} |A| \, |B|,$$ 其中 $A$ 是 $m \times m$ 矩阵,$B$ 是 $n \times n$ 矩阵。这里 $A$ 和 $B$ 都是 $2 \times 2$ 矩阵,因此 $m = n = 2$。代入公式得: $$|M| = (-1)^{2 \times 2} \times |A| \times |B| = (-1)^4 \times 2 \times 3 = 1 \times 6 = 6.$$ 因此,分块矩阵的行列式为 $6$。
公式:$$\begin{vmatrix} O & A \\ B & O \end{vmatrix} = (-1)^{mn} |A| \, |B|$$
提示:注意公式中的指数 $mn$,$m$ 和 $n$ 分别是 $A$ 和 $B$ 的阶数。
步骤 2/5
目标:写出伴随矩阵与逆矩阵的关系
设原矩阵为 $A$,其行列式为 $|A|$,伴随矩阵记为 $A^*$,逆矩阵记为 $A^{-1}$。根据线性代数中伴随矩阵与逆矩阵的基本关系,有: $$A^* = |A| \cdot A^{-1}$$ 这一关系成立的前提是 $A$ 可逆,即 $|A| \neq 0$。 在本题中,矩阵 $A$ 是一个分块矩阵,记为 $\begin{pmatrix} A_{11} & A_{12} \\ A_{21} & A_{22} \end{pmatrix}$,其行列式已在前一步骤中计算得到 $|A| = 6$。因此,对于该分块矩阵,伴随矩阵与逆矩阵的关系具体写为: $$\begin{pmatrix} A_{11} & A_{12} \\ A_{21} & A_{22} \end{pmatrix}^* = 6 \cdot \begin{pmatrix} A_{11} & A_{12} \\ A_{21} & A_{22} \end{pmatrix}^{-1}$$ 其中 $\begin{pmatrix} A_{11} & A_{12} \\ A_{21} & A_{22} \end{pmatrix}^*$ 表示该分块矩阵的伴随矩阵,$\begin{pmatrix} A_{11} & A_{12} \\ A_{21} & A_{22} \end{pmatrix}^{-1}$ 表示其逆矩阵。 该关系式是后续步骤中求解伴随矩阵元素的关键桥梁。通过此关系,我们可以将求伴随矩阵的问题转化为求逆矩阵的问题,而逆矩阵可以通过分块矩阵求逆公式或初等变换等方法得到。 注意:此关系仅适用于方阵,且要求行列式不为零。本题中行列式为 $6 \neq 0$,因此关系成立。
公式:$$A^* = |A| \cdot A^{-1}$$
提示:牢记伴随矩阵与逆矩阵的转换公式,注意行列式在分母还是分子。
步骤 3/5
目标:求分块矩阵的逆矩阵
设矩阵 $M$ 为如下分块形式: $$M = \begin{pmatrix} O & A \\ B & O \end{pmatrix}$$ 其中 $O$ 为零矩阵,$A$ 和 $B$ 均为可逆方阵。根据分块矩阵求逆公式,若 $M$ 可逆,则其逆矩阵为: $$M^{-1} = \begin{pmatrix} O & B^{-1} \\ A^{-1} & O \end{pmatrix}$$ **推导验证**: 计算 $M \cdot M^{-1}$: $$M M^{-1} = \begin{pmatrix} O & A \\ B & O \end{pmatrix} \begin{pmatrix} O & B^{-1} \\ A^{-1} & O \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} O \cdot O + A \cdot A^{-1} & O \cdot B^{-1} + A \cdot O \\ B \cdot O + O \cdot A^{-1} & B \cdot B^{-1} + O \cdot O \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} I & O \\ O & I \end{pmatrix}$$ 类似地,$M^{-1} M = I$,因此公式正确。 **本题应用**: 根据题目已知条件,$M = \begin{pmatrix} O & A \\ B & O \end{pmatrix}$,其中 $A$ 和 $B$ 为可逆矩阵。直接代入公式得: $$M^{-1} = \begin{pmatrix} O & B^{-1} \\ A^{-1} & O \end{pmatrix}$$ 注意分块矩阵的乘法顺序:左上角对应 $O$,右上角对应 $B^{-1}$,左下角对应 $A^{-1}$,右下角对应 $O$。
公式:$$\begin{pmatrix} O & A \\ B & O \end{pmatrix}^{-1} = \begin{pmatrix} O & B^{-1} \\ A^{-1} & O \end{pmatrix}$$
提示:牢记公式:分块矩阵 $\begin{pmatrix} O & A \\ B & O \end{pmatrix}$ 的逆中,$A^{-1}$ 和 $B^{-1}$ 位置互换。
步骤 4/5
目标:代入行列式并化简
已知分块矩阵 $M = \begin{pmatrix} O & A \\ B & O \end{pmatrix}$,其中 $A$ 和 $B$ 均为 $n$ 阶可逆矩阵,$O$ 为 $n$ 阶零矩阵。根据前一步骤,已求得 $M$ 的逆矩阵为 $M^{-1} = \begin{pmatrix} O & B^{-1} \\ A^{-1} & O \end{pmatrix}$。 现在需要计算 $|M|$,即矩阵 $M$ 的行列式。利用行列式的性质,对于分块矩阵,有公式 $\begin{vmatrix} O & A \\ B & O \end{vmatrix} = (-1)^{n^2} |A| \cdot |B|$。但本题中我们采用另一种方法:将 $M$ 与 $M^{-1}$ 相乘,得到单位矩阵,然后两边取行列式。 由于 $M M^{-1} = I_{2n}$,两边取行列式得 $|M| \cdot |M^{-1}| = 1$。而 $|M^{-1}| = \begin{vmatrix} O & B^{-1} \\ A^{-1} & O \end{vmatrix}$。根据分块行列式公式,$\begin{vmatrix} O & B^{-1} \\ A^{-1} & O \end{vmatrix} = (-1)^{n^2} |B^{-1}| \cdot |A^{-1}| = (-1)^{n^2} \frac{1}{|B|} \cdot \frac{1}{|A|}$。 因此,$|M| \cdot \left[ (-1)^{n^2} \frac{1}{|A||B|} \right] = 1$,解得 $|M| = (-1)^{n^2} |A| \cdot |B|$。 注意:当 $n$ 为奇数时,$n^2$ 为奇数,$(-1)^{n^2} = -1$;当 $n$ 为偶数时,$n^2$ 为偶数,$(-1)^{n^2} = 1$。所以最终结果可写为 $|M| = (-1)^{n} |A| \cdot |B|$,因为 $n^2$ 与 $n$ 的奇偶性相同。 本步骤中,我们实际上已经完成了代入和化简,得到了 $|M|$ 的表达式。
公式:$$|M| = (-1)^{n^2} |A| \cdot |B| = (-1)^n |A| \cdot |B|$$
提示:注意分块矩阵行列式公式中符号因子的奇偶性,与矩阵阶数$n$有关。
步骤 5/5
目标:将逆矩阵转化为伴随矩阵
本步骤的目标是将上一步得到的矩阵 $\begin{pmatrix} O & 6B^{-1} \\ 6A^{-1} & O \end{pmatrix}$ 中的逆矩阵 $A^{-1}$ 和 $B^{-1}$ 分别用对应的伴随矩阵表示。 已知 $A$ 和 $B$ 均为 3 阶矩阵,且满足 $|A|=2$,$|B|=3$。根据逆矩阵与伴随矩阵的关系公式:$A^{-1} = \frac{A^*}{|A|}$,其中 $A^*$ 是 $A$ 的伴随矩阵,$|A|$ 是 $A$ 的行列式。 对于矩阵 $A$,有 $|A|=2$,因此 $A^{-1} = \frac{A^*}{2}$。于是 $6A^{-1} = 6 \times \frac{A^*}{2} = 3A^*$。 对于矩阵 $B$,有 $|B|=3$,因此 $B^{-1} = \frac{B^*}{3}$。于是 $6B^{-1} = 6 \times \frac{B^*}{3} = 2B^*$。 将上述结果代入原分块矩阵,得到: $$ \begin{pmatrix} O & 6B^{-1} \\ 6A^{-1} & O \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} O & 2B^* \\ 3A^* & O \end{pmatrix}. $$ 至此,原题所求的矩阵 $\begin{pmatrix} O & 2B^* \\ 3A^* & O \end{pmatrix}$ 已经得出。作为最后一步,我们验证最终答案:题目要求计算 $\begin{pmatrix} O & A \\ B & O \end{pmatrix}^{-1}$,经过分块求逆、代入行列式值、转化为伴随矩阵后,得到的结果为 $\begin{pmatrix} O & 2B^* \\ 3A^* & O \end{pmatrix}$,与标准答案一致。
公式:A^{-1} = \frac{A^*}{|A|}, \quad 6A^{-1} = 3A^*, \quad 6B^{-1} = 2B^*
提示:注意伴随矩阵与逆矩阵的转换系数是行列式的倒数,代入时要仔细。

📷 拍照上传批改

拍照上传批改功能已预留入口,后续接入图片上传、OCR识别与AI批改。