kaoyan3basic 线性代数 第288题

教材习题

📝 题目

### 第288题 288 设 $\boldsymbol{P} \boldsymbol{A}=\boldsymbol{B} \boldsymbol{P}$ ,其中 $\boldsymbol{P}=\left[\begin{array}{lll}0 & 2 & 4 \\ 1 & 0 & 0 \\ 0 & 3 & 5\end{array}\right], \boldsymbol{B}=\left[\begin{array}{ccc}1 & 0 & 0 \\ 0 & -1 & 0 \\ 0 & 0 & -1\end{array}\right]$ ,则 $\boldsymbol{A}^{100}=$ $\_\_\_\_$ . □

💡 答案解析

**答案**:$\boldsymbol{A}^{100}=\boldsymbol{P}^{-1}\boldsymbol{B}^{100}\boldsymbol{P}$ **解析**:步骤1:由$\boldsymbol{P}\boldsymbol{A}=\boldsymbol{B}\boldsymbol{P}$得$\boldsymbol{A}=\boldsymbol{P}^{-1}\boldsymbol{B}\boldsymbol{P}$。 步骤2:则$\boldsymbol{A}^{100}=\boldsymbol{P}^{-1}\boldsymbol{B}^{100}\boldsymbol{P}$。 步骤3:$\boldsymbol{B}$为对角矩阵,$\boldsymbol{B}^{100}=\left[\begin{array}{ccc}1^{100} & 0 & 0 \\ 0 & (-1)^{100} & 0 \\ 0 & 0 & (-1)^{100}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1\end{array}\right]=\boldsymbol{I}$。 步骤4:故$\boldsymbol{A}^{100}=\boldsymbol{P}^{-1}\boldsymbol{I}\boldsymbol{P}=\boldsymbol{I}$。 **难度**:★★☆☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:由已知等式推导出A的表达式
由PA=BP,且P可逆,左乘P^{-1}得A=P^{-1}BP。
公式:A=P^{-1}BP
提示:注意矩阵乘法不满足交换律,但等式两边左乘逆矩阵是可行的。
步骤 2/4
目标:计算A的100次幂
利用A=P^{-1}BP,则A^{100}=P^{-1}B^{100}P。
公式:A^{100}=P^{-1}B^{100}P
提示:幂运算时,中间矩阵B的幂次与P的逆和P结合。
步骤 3/4
目标:计算B的100次幂
B是对角矩阵,对角元为1, -1, -1。B^{100}=diag(1^{100}, (-1)^{100}, (-1)^{100})=diag(1,1,1)=I。
公式:B^{100}=I
提示:(-1)^{100}=1,因为100是偶数。
步骤 4/4
目标:代入得到最终结果
A^{100}=P^{-1}IP=I。
公式:A^{100}=I
提示:任何矩阵与单位矩阵相乘等于自身。

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