kaoyan3basic 线性代数 第413题

教材习题

📝 题目

### 第413题 413 设 $\boldsymbol{A}$ 是三阶矩阵,特征值是 $2,2,-5 . \boldsymbol{\alpha}_{1}, \boldsymbol{\alpha}_{2}$ 是 $\boldsymbol{A}$ 关于 $\lambda=2$ 的线性无关的特征向量, $\boldsymbol{\alpha}_{3}$ 是 $\boldsymbol{A}$ 对应于 $\lambda=-5$ 的特征向量.若 $\boldsymbol{P}^{-1} \boldsymbol{A} \boldsymbol{P}=\left[\begin{array}{lll}2 & & \\ & 2 & \\ & & -5\end{array}\right]$ ,则 $\boldsymbol{P}$ 不能是 (A)$\left[\boldsymbol{\alpha}_{2},-\boldsymbol{\alpha}_{1}, \boldsymbol{\alpha}_{3}\right]$ . (B)$\left[\boldsymbol{\alpha}_{1}+\boldsymbol{\alpha}_{2}, 5 \boldsymbol{\alpha}_{1}, 2 \boldsymbol{\alpha}_{3}\right]$ . (C)$\left[\boldsymbol{\alpha}_{1}+\boldsymbol{\alpha}_{2}, \boldsymbol{\alpha}_{1}-\boldsymbol{\alpha}_{2}, \boldsymbol{\alpha}_{3}\right]$ . (D)$\left[\boldsymbol{\alpha}_{1}+\boldsymbol{\alpha}_{2}, \boldsymbol{\alpha}_{2}+\boldsymbol{\alpha}_{3}, \boldsymbol{\alpha}_{3}\right]$ .

💡 答案解析

**答案**:D **解析**:选项D中第三列$\boldsymbol{\alpha}_2+\boldsymbol{\alpha}_3$不是$\boldsymbol{A}$的特征向量(因$\boldsymbol{\alpha}_2,\boldsymbol{\alpha}_3$属不同特征值,其和不是特征向量),故$\boldsymbol{P}$不可逆或不能对角化。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/6
目标:理解题目条件
已知A是三阶矩阵,特征值为2,2,-5。α1,α2是λ=2的线性无关特征向量,α3是λ=-5的特征向量。P满足P^{-1}AP=diag(2,2,-5),即P的列向量是A的特征向量,且顺序对应特征值。
提示:P的每一列必须是A的特征向量,且与对角矩阵的特征值顺序对应。
步骤 2/6
目标:分析选项A
P=[α2, -α1, α3]。α2和-α1都是λ=2的特征向量(非零线性组合),α3是λ=-5的特征向量,且α2与-α1线性无关(因为α1,α2无关),所以P可逆,满足条件。
提示:特征向量的非零倍数仍是特征向量。
步骤 3/6
目标:分析选项B
P=[α1+α2, 5α1, 2α3]。α1+α2和5α1都是λ=2的特征向量,且线性无关(因为α1,α2无关,α1+α2与α1无关),2α3是λ=-5的特征向量,所以P可逆,满足条件。
提示:同一特征值的特征向量的线性组合(非零)仍是特征向量。
步骤 4/6
目标:分析选项C
P=[α1+α2, α1-α2, α3]。α1+α2和α1-α2都是λ=2的特征向量,且线性无关(因为α1,α2无关,这两个向量线性无关),α3是λ=-5的特征向量,所以P可逆,满足条件。
提示:判断线性无关:若k1(α1+α2)+k2(α1-α2)=0,则(k1+k2)α1+(k1-k2)α2=0,由α1,α2无关得k1=k2=0。
步骤 5/6
目标:分析选项D
P=[α1+α2, α2+α3, α3]。第二列α2+α3不是A的特征向量,因为α2和α3属于不同特征值,其和一般不是特征向量。因此P的列不全是特征向量,P不能使A对角化。
提示:不同特征值的特征向量之和不是特征向量(除非和为零向量)。
步骤 6/6
目标:得出结论
只有选项D中的P不满足条件,因此P不能是D。

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