kaoyan1basic 线性代数 第13题

教材习题

📝 题目

### 【强化篇】第13题(选择题) 13.设 2 阶实对称矩阵 $\boldsymbol{A}$ 的特征值为 $\lambda_{1}, \lambda_{2}$ ,且 $\lambda_{1} \neq \lambda_{2}, \boldsymbol{\alpha}_{1}, \boldsymbol{\alpha}_{2}$ 分别是 $\boldsymbol{A}$ 的对应于 $\lambda_{1}, \lambda_{2}$ 的单位特征向量,则与矩阵 $A+\alpha_{1} \alpha_{1}^{\mathrm{T}}$ 相似的对角矩阵为()。 (A)$\left[\begin{array}{cc}\lambda_{1} & 0 \\ 0 & \lambda_{2}\end{array}\right]$ (B)$\left[\begin{array}{cc}\lambda_{1}+1 & 0 \\ 0 & \lambda_{2}+1\end{array}\right]$ (C)$\left[\begin{array}{cc}\lambda_{1} & 0 \\ 0 & \lambda_{2}+1\end{array}\right]$ (D)$\left[\begin{array}{cc}\lambda_{1}+1 & 0 \\ 0 & \lambda_{2}\end{array}\right]$

💡 答案解析

**答案**:D **解析**:由于$\alpha_1, \alpha_2$是正交的单位特征向量,$A+\alpha_1\alpha_1^T$作用于$\alpha_1$得$(A+\alpha_1\alpha_1^T)\alpha_1 = \lambda_1\alpha_1 + \alpha_1 = (\lambda_1+1)\alpha_1$,作用于$\alpha_2$得$(A+\alpha_1\alpha_1^T)\alpha_2 = \lambda_2\alpha_2 + 0 = \lambda_2\alpha_2$,故特征值为$\lambda_1+1$和$\lambda_2$,相似对角矩阵为$\begin{bmatrix} \lambda_1+1 & 0 \\ 0 & \lambda_2 \end{bmatrix}$。

**难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/3
目标:分析矩阵A+α1α1^T对特征向量的作用
由于α1, α2是正交的单位特征向量,计算(A+α1α1^T)α1和(A+α1α1^T)α2。
公式:(A+α1α1^T)α1 = Aα1 + α1α1^Tα1 = λ1α1 + α1(α1^Tα1) = λ1α1 + α1 = (λ1+1)α1
提示:注意α1是单位向量,所以α1^Tα1=1;且α1与α2正交,所以α1^Tα2=0。
步骤 2/3
目标:确定新矩阵的特征值
由步骤1可知,α1和α2仍是A+α1α1^T的特征向量,对应特征值分别为λ1+1和λ2。
公式:(A+α1α1^T)α2 = Aα2 + α1α1^Tα2 = λ2α2 + α1·0 = λ2α2
提示:由于特征值不同,特征向量线性无关,因此矩阵可对角化。
步骤 3/3
目标:写出相似对角矩阵
以α1, α2为基,矩阵A+α1α1^T在此基下的对角矩阵为diag(λ1+1, λ2)。
公式:P^{-1}(A+α1α1^T)P = diag(λ1+1, λ2),其中P=(α1, α2)
提示:注意对角矩阵中特征值的顺序与特征向量顺序一致。

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