合肥工业大学 2025年高等代数第8题

考研真题

📝 题目

8、设 $V$ 是 $C$ 上的 2 维线性空间,$\displaystyle \alpha_{1}, \alpha_{2}$ 是 $V$ 的一组基,线性变换中将 $C$ 降维到 $R$ , $V$ 可视为 $R$ 上的线性空间记为 $\displaystyle V_{R}$ ,记 $\displaystyle \mathscr{N}_{R}$ 为 $\displaystyle \propto \mid V_{R}$ 上的线性变换. (1)设 $\displaystyle \alpha_{3}=i \alpha_{1}, \partial_{4}=i \alpha_{2}, i^{2}=-1$ ,试证明 $\displaystyle \alpha_{1}, \alpha_{2}, \alpha_{3}, \alpha_{4}$ 是 $R$ 的一组基. (2)若设 $\displaystyle \mathscr{A}$ 在 $\displaystyle \alpha_{1}, \alpha_{2}$ 下的矩阵 $\displaystyle A=\left[\begin{array}{ll}a_{11} & a_{12} \\ a_{21} & a_{22}\end{array}\right]$ ,且 $\displaystyle a_{i j}=O_{i j}+i V_{i j},(i, j=1,2)$ ,试求 $\displaystyle \mathscr{A}_{R}$ 在 $\displaystyle \alpha_{1}, \alpha_{2}, \alpha_{3}, \alpha_{4}$ 下的矩阵。

💡 答案解析

暂无答案解析

📋 详细解题步骤

步骤 1/5
目标:证明α1,α2,α3,α4是V_R的一组基
已知V是C上的2维线性空间,基为α1,α2。定义α3=iα1, α4=iα2,其中i^2=-1。将V视为R上的线性空间V_R,则V_R的维数为2×2=4。要证明α1,α2,α3,α4是V_R的一组基,只需证明它们线性无关且张成V_R。设a,b,c,d∈R使得aα1+bα2+cα3+dα4=0,即aα1+bα2+ciα1+diα2=(a+ci)α1+(b+di)α2=0。由于α1,α2在C上线性无关,故a+ci=0且b+di=0,从而a=c=0, b=d=0。因此α1,α2,α3,α4在R上线性无关。又因为V_R的维数为4,所以它们构成一组基。
提示:注意线性无关性是在实数域上考虑的,复数系数需分解为实部和虚部。
步骤 2/5
目标:计算A_R(α1)和A_R(α2)在基下的坐标
设A在基α1,α2下的矩阵为A=[[a11,a12],[a21,a22]],其中aij=Oij+iVij,Oij,Vij∈R。则A(α1)=a11α1+a21α2=(O11+iV11)α1+(O21+iV21)α2=O11α1+V11(iα1)+O21α2+V21(iα2)=O11α1+V11α3+O21α2+V21α4。类似地,A(α2)=a12α1+a22α2=(O12+iV12)α1+(O22+iV22)α2=O12α1+V12α3+O22α2+V22α4。
公式:A(αj)=∑_{k=1}^2 akj αk
提示:注意将复数乘法展开为实部和虚部,并替换iα1=α3, iα2=α4。
步骤 3/5
目标:计算A_R(α3)在基下的坐标
由于A是C-线性变换,有A(iα1)=iA(α1)。因此A_R(α3)=A(iα1)=i[(O11+iV11)α1+(O21+iV21)α2]=i(O11+iV11)α1+i(O21+iV21)α2。计算i(O11+iV11)=iO11+i^2V11= iO11 - V11,同理i(O21+iV21)=iO21 - V21。所以A_R(α3)=(-V11)α1+O11(iα1)+(-V21)α2+O21(iα2)= -V11α1+O11α3 -V21α2+O21α4。
公式:A(iα)=iA(α)
提示:注意i^2=-1,且最终结果需用基α1,α2,α3,α4表示。
步骤 4/5
目标:计算A_R(α4)在基下的坐标
类似地,A_R(α4)=A(iα2)=i[(O12+iV12)α1+(O22+iV22)α2]=i(O12+iV12)α1+i(O22+iV22)α2=(-V12)α1+O12α3+(-V22)α2+O22α4。
公式:A(iα)=iA(α)
提示:与上一步类似,注意符号。
步骤 5/5
目标:写出A_R在基α1,α2,α3,α4下的矩阵
将上述四个向量的坐标按列排列,得到4×4矩阵B。第一列对应A_R(α1)的系数:O11, O21, V11, V21;第二列对应A_R(α2):O12, O22, V12, V22;第三列对应A_R(α3):-V11, -V21, O11, O21;第四列对应A_R(α4):-V12, -V22, O12, O22。因此B=[[O11, O12, -V11, -V12], [O21, O22, -V21, -V22], [V11, V12, O11, O12], [V21, V22, O21, O22]]。
提示:注意矩阵的列顺序与基的顺序一致,且实部和虚部的位置。

📷 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。