kaoyan1basic 线性代数 第2题

教材习题

📝 题目

### 【强化篇】第2题(选择题) 2.设 $\boldsymbol{A}$ 为 $m$ 阶正定矩阵, $\boldsymbol{B}$ 为 $m \times n$ 实矩阵, $\boldsymbol{C}=\boldsymbol{B}^{\mathrm{T}} \boldsymbol{A} \boldsymbol{B}$ ,则 $\boldsymbol{C}$ 与 $n$ 阶单位矩阵 $\boldsymbol{E}$ 合同的充分必要条件为 ) (A)齐次线性方程组 $\boldsymbol{B x}=\mathbf{0}$ 只有零解 (B)齐次线性方程组 $\boldsymbol{B}^{\mathrm{T}} \boldsymbol{x}=0$ 有非零解 (C)齐次线性方程组 $\boldsymbol{B} \boldsymbol{B}^{\mathrm{T}} \boldsymbol{x}=\mathbf{0}$ 只有零解 (D)齐次线性方程组 $\boldsymbol{B}^{\mathrm{T}} \boldsymbol{B} \boldsymbol{x}=0$ 有非零解

💡 答案解析

**答案**:A **解析**: 步骤1:$\boldsymbol{C}=\boldsymbol{B}^{\mathrm{T}}\boldsymbol{A}\boldsymbol{B}$为实对称矩阵,与$\boldsymbol{E}$合同当且仅当$\boldsymbol{C}$正定。 步骤2:$\boldsymbol{C}$正定当且仅当$\boldsymbol{B}$列满秩,即$\boldsymbol{B}\boldsymbol{x}=\boldsymbol{0}$只有零解。 **难度**:★★☆☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/3
目标:理解C与E合同的等价条件
C是实对称矩阵,与单位矩阵E合同当且仅当C正定。
提示:合同于单位矩阵等价于正定。
步骤 2/3
目标:分析C正定的条件
由于A正定,存在可逆矩阵P使得A=P^T P。则C=B^T A B = (PB)^T (PB)。因此C正定当且仅当PB列满秩,即B列满秩。
公式:C = (PB)^T (PB)
提示:正定矩阵的合同变换保持正定性。
步骤 3/3
目标:将列满秩转化为线性方程组条件
B列满秩等价于齐次线性方程组Bx=0只有零解。
提示:列满秩意味着列向量线性无关。

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