kaoyan2advanced 线性代数 第289题

教材习题

📝 题目

### 第289题

已知 $\boldsymbol{A}=\left[\begin{array}{cccc}1 & 1 & -1 & 2 \\ 2 & 1 & 1 & 4 \\ 3 & 1 & 1 & 1\end{array}\right]$ ,下列命题中错误的是 (A) $\boldsymbol{A}^{\mathrm{T}} \boldsymbol{x}=\mathbf{0}$ 只有零解. (B)存在 $\boldsymbol{B} \neq \boldsymbol{O}$ 而 $\boldsymbol{A} \boldsymbol{B}=\boldsymbol{O}$ . (C)$\left|\boldsymbol{A}^{\mathrm{T}} \boldsymbol{A}\right|=0$ . (D)$\left|\boldsymbol{A A}^{\mathrm{T}}\right|=0$ .

建设荅题时门 $\leqslant 3 \mathrm{~min}$

管题 区域

💡 答案解析

**答案**:D **解析**:步骤1:计算$\boldsymbol{A}$的秩:$\boldsymbol{A}=\begin{bmatrix}1&1&-1&2\\2&1&1&4\\3&1&1&1\end{bmatrix}\rightarrow\begin{bmatrix}1&1&-1&2\\0&-1&3&0\\0&-2&4&-5\end{bmatrix}\rightarrow\begin{bmatrix}1&1&-1&2\\0&-1&3&0\\0&0&-2&-5\end{bmatrix}$,秩为3。 步骤2:分析选项(A),$\boldsymbol{A}^T$为$4\times3$矩阵,$r(\boldsymbol{A}^T)=3$,列满秩,故$\boldsymbol{A}^T\boldsymbol{x}=\boldsymbol{0}$只有零解,正确。 步骤3:分析选项(B),$\boldsymbol{A}$的列向量组秩为3,有4列,故存在非零矩阵$\boldsymbol{B}$使得$\boldsymbol{AB}=\boldsymbol{O}$,正确。 步骤4:分析选项(C),$\boldsymbol{A}^T\boldsymbol{A}$为$4\times4$矩阵,$r(\boldsymbol{A}^T\boldsymbol{A})=r(\boldsymbol{A})=3<4$,故行列式为0,正确。 步骤5:分析选项(D),$\boldsymbol{A}\boldsymbol{A}^T$为$3\times3$矩阵,$r(\boldsymbol{A}\boldsymbol{A}^T)=r(\boldsymbol{A})=3$,满秩,故行列式不为0,错误。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/6
目标:计算矩阵A的秩
对矩阵 $\boldsymbol{A} = \begin{bmatrix} 1 & 1 & -1 & 2 \\ 2 & 1 & 1 & 4 \\ 3 & 1 & 1 & 1 \end{bmatrix}$ 进行初等行变换: $\begin{bmatrix} 1 & 1 & -1 & 2 \\ 0 & -1 & 3 & 0 \\ 0 & -2 & 4 & -5 \end{bmatrix} \rightarrow \begin{bmatrix} 1 & 1 & -1 & 2 \\ 0 & -1 & 3 & 0 \\ 0 & 0 & -2 & -5 \end{bmatrix}$,非零行数为3,故 $r(\boldsymbol{A}) = 3$。
提示:初等行变换时注意行运算的准确性,避免计算错误。
步骤 2/6
目标:分析选项(A)
$\boldsymbol{A}^{\mathrm{T}}$ 是 $4 \times 3$ 矩阵,$r(\boldsymbol{A}^{\mathrm{T}}) = r(\boldsymbol{A}) = 3$,列满秩,因此齐次线性方程组 $\boldsymbol{A}^{\mathrm{T}} \boldsymbol{x} = \mathbf{0}$ 只有零解,选项(A)正确。
公式:$$r(\boldsymbol{A}^{\mathrm{T}}) = r(\boldsymbol{A})$$
提示:注意矩阵转置秩不变
步骤 3/6
目标:分析选项(B)
$\boldsymbol{A}$ 的列向量组秩为3,有4列,存在非零的 $4 \times n$ 矩阵 $\boldsymbol{B}$ 使得 $\boldsymbol{A} \boldsymbol{B} = \boldsymbol{O}$(例如取 $\boldsymbol{B}$ 的列向量为 $\boldsymbol{A}$ 的零空间中的非零向量),故选项(B)正确。
提示:注意列向量组秩小于列数时存在非零解
步骤 4/6
目标:分析选项(C)
$\boldsymbol{A}^{\mathrm{T}} \boldsymbol{A}$ 是 $4 \times 4$ 矩阵,由秩的性质 $r(\boldsymbol{A}^{\mathrm{T}} \boldsymbol{A}) = r(\boldsymbol{A}) = 3 < 4$,所以 $\boldsymbol{A}^{\mathrm{T}} \boldsymbol{A}$ 不可逆,行列式为0,选项(C)正确。
公式:$$r(\boldsymbol{A}^{\mathrm{T}} \boldsymbol{A}) = r(\boldsymbol{A})$$
提示:注意矩阵可逆与行列式非零的等价关系
步骤 5/6
目标:分析选项(D)
$\boldsymbol{A} \boldsymbol{A}^{\mathrm{T}}$ 是 $3 \times 3$ 矩阵,$r(\boldsymbol{A} \boldsymbol{A}^{\mathrm{T}}) = r(\boldsymbol{A}) = 3$,满秩,故行列式不为0,选项(D)错误。
公式:$$r(\boldsymbol{A}\boldsymbol{A}^{\mathrm{T}}) = r(\boldsymbol{A})$$
提示:注意矩阵乘积的秩与因子秩的关系
步骤 6/6
目标:得出答案
错误的命题是选项(D)。
提示:注意矩阵秩与向量组秩的关系

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