kaoyan1advanced 线性代数 第187题

教材习题

📝 题目

### 第187题

已知 $\boldsymbol{A}=\left[\begin{array}{lll}3 & 2 & 3 \\ 0 & 1 & 2 \\ 0 & 0 & 3\end{array}\right], \boldsymbol{B}=\left[\begin{array}{ccc}1 & 0 & 0 \\ 0 & -1 & 0 \\ 0 & 0 & -2\end{array}\right]$ ,若矩阵 $\boldsymbol{X}$ 满足 $\boldsymbol{X} \boldsymbol{A}+2 \boldsymbol{B}=\boldsymbol{A} \boldsymbol{B}+2 \boldsymbol{X}$ ,则 $\boldsymbol{X}^{4}=$ $\_\_\_\_$ .

辣估

💡 答案解析

**答案**:$\begin{bmatrix}1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 16\end{bmatrix}$ **解析**:步骤1:由 $XA+2B=AB+2X$ 得 $XA-2X=AB-2B$,即 $X(A-2E)=B(A-2E)$。 步骤2:$A-2E=\begin{bmatrix}1 & 2 & 3 \\ 0 & -1 & 2 \\ 0 & 0 & 1\end{bmatrix}$,可逆,故 $X=B$。 步骤3:$X=B=\begin{bmatrix}1 & 0 & 0 \\ 0 & -1 & 0 \\ 0 & 0 & -2\end{bmatrix}$,则 $X^4=\begin{bmatrix}1^4 & 0 & 0 \\ 0 & (-1)^4 & 0 \\ 0 & 0 & (-2)^4\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 16\end{bmatrix}$。 **难度**:★★☆☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/5
目标:化简方程
由 $\boldsymbol{X} \boldsymbol{A}+2 \boldsymbol{B}=\boldsymbol{A} \boldsymbol{B}+2 \boldsymbol{X}$ 移项得 $\boldsymbol{X} \boldsymbol{A}-2 \boldsymbol{X}=\boldsymbol{A} \boldsymbol{B}-2 \boldsymbol{B}$,即 $\boldsymbol{X}(\boldsymbol{A}-2\boldsymbol{E})=\boldsymbol{B}(\boldsymbol{A}-2\boldsymbol{E})$。
公式:$$\boldsymbol{X}(\boldsymbol{A}-2\boldsymbol{E})=\boldsymbol{B}(\boldsymbol{A}-2\boldsymbol{E})$$
提示:注意移项时符号变化,提取公因子要小心矩阵乘法顺序
步骤 2/5
目标:判断矩阵可逆性
计算 $\boldsymbol{A}-2\boldsymbol{E}=\begin{bmatrix}3 & 2 & 3 \\ 0 & 1 & 2 \\ 0 & 0 & 3\end{bmatrix}-\begin{bmatrix}2 & 0 & 0 \\ 0 & 2 & 0 \\ 0 & 0 & 2\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}1 & 2 & 3 \\ 0 & -1 & 2 \\ 0 & 0 & 1\end{bmatrix}$,其行列式为 $1 \times (-1) \times 1 = -1 \neq 0$,故 $\boldsymbol{A}-2\boldsymbol{E}$ 可逆。
公式:$$\det(\boldsymbol{A}-2\boldsymbol{E}) = 1 \times (-1) \times 1 = -1 \neq 0$$
提示:注意对角线上元素乘积计算行列式
步骤 3/5
目标:求解矩阵X
在 $\boldsymbol{X}(\boldsymbol{A}-2\boldsymbol{E})=\boldsymbol{B}(\boldsymbol{A}-2\boldsymbol{E})$ 两边右乘 $(\boldsymbol{A}-2\boldsymbol{E})^{-1}$,得 $\boldsymbol{X}=\boldsymbol{B}$。
提示:右乘逆矩阵时注意顺序,逆矩阵在右侧
步骤 4/5
目标:计算X的4次幂
由于 $\boldsymbol{X}=\boldsymbol{B}=\begin{bmatrix}1 & 0 & 0 \\ 0 & -1 & 0 \\ 0 & 0 & -2\end{bmatrix}$ 是对角矩阵,其幂次等于对角元素的幂次,故 $\boldsymbol{X}^4=\begin{bmatrix}1^4 & 0 & 0 \\ 0 & (-1)^4 & 0 \\ 0 & 0 & (-2)^4\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 16\end{bmatrix}$。
公式:$$\boldsymbol{X}^k = \begin{bmatrix} \lambda_1^k & 0 & 0 \\ 0 & \lambda_2^k & 0 \\ 0 & 0 & \lambda_3^k \end{bmatrix}$$
提示:注意负数的偶次幂为正
步骤 5/5
目标:答案
因此,$\boldsymbol{X}^{4}=\begin{bmatrix}1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 16\end{bmatrix}$。
提示:注意矩阵乘法的顺序和幂运算

📷 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。