kaoyan1basic 线性代数 第10题

教材习题

📝 题目

### 【基础篇】第10题(选择题) 10.设 1 与 -1 是矩阵

$$ $\boldsymbol{A}=\left[\begin{array}{ccc}$ 3 & 1 & -2 \\ -a & -1 & a \\ 4 & 1 & -3 $\end{array}\right]$ $$

的特征值,若矩阵 $\boldsymbol{A}$ 可相似对角化,则 $a=$ . (A)-1 (B) 0 (C) 1 (D) 2

💡 答案解析

**答案**:C **解析**:步骤1:将$\lambda=1$代入特征多项式$|\boldsymbol{A}-\lambda\boldsymbol{E}|=0$,得$\begin{vmatrix} 2 & 1 & -2 \\ -a & -2 & a \\ 4 & 1 & -4 \end{vmatrix}=0$,计算得$0=0$恒成立。 步骤2:将$\lambda=-1$代入,得$\begin{vmatrix} 4 & 1 & -2 \\ -a & 0 & a \\ 4 & 1 & -2 \end{vmatrix}=0$,解得$a=0$或$a=2$。 步骤3:当$a=0$时,$\boldsymbol{A}=\begin{bmatrix} 3 & 1 & -2 \\ 0 & -1 & 0 \\ 4 & 1 & -3 \end{bmatrix}$,特征值$1,-1,-1$,二重特征值$-1$的几何重数为$1$,不可对角化。 步骤4:当$a=2$时,$\boldsymbol{A}=\begin{bmatrix} 3 & 1 & -2 \\ -2 & -1 & 2 \\ 4 & 1 & -3 \end{bmatrix}$,特征值$1,-1,-1$,二重特征值$-1$的几何重数为$2$,可对角化,故$a=2$。 **难度**:★★★★☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/3
目标:利用已知特征值建立方程
将λ=1代入特征多项式|A-λE|=0,得到行列式|2 1 -2; -a -2 a; 4 1 -4|=0,计算得0=0恒成立,说明λ=1是特征值。
公式:|A-λE|=0
提示:代入后行列式恒为零,说明λ=1确实为特征值,但未提供a的信息。
步骤 2/3
目标:利用另一个特征值建立方程
将λ=-1代入|A-λE|=0,得到行列式|4 1 -2; -a 0 a; 4 1 -2|=0,计算得4a-2a=0,即2a=0,解得a=0或a=2。
公式:|A-λE|=0
提示:注意行列式化简,第二行与第三行成比例或直接计算。
步骤 3/3
目标:检验可对角化条件
当a=0时,矩阵A的特征值为1,-1,-1,二重特征值-1的几何重数为1(因为秩(A+E)=2,所以几何重数=3-2=1),小于代数重数2,不可对角化。当a=2时,特征值仍为1,-1,-1,但此时秩(A+E)=1,几何重数=2,等于代数重数,可对角化。因此a=2。
公式:几何重数 = n - rank(A-λE)
提示:可对角化的充要条件是每个特征值的几何重数等于代数重数。

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