二、逆矩阵的计算
小题
(一)数值型
- 【1988-45-1分】
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答案:
解析: 记
。
矩阵表示将向量各分量的次序完全颠倒。连续作两次相同置换后,各分量恢复原位,因此
。
于是
,
即
。
- 【1989-12-3分】 设矩阵
,
则
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答案:
解析: 先计算
。
对该下三角矩阵作初等行变换,或直接设其逆矩阵为下三角矩阵求解,可得
。
验证:
。
- 【1991-12-3分】 设四阶方阵
,
则
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答案:
解析: 矩阵为分块对角矩阵,可写成
,
其中
。
因为
,
所以
。
又因为
,
所以
。
因此
。
- 【1994-45-3分】 设
,
其中,则
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答案:
。
解析: 设,其中
。
由矩阵乘法得
由于所有,可反解为
因此中的系数矩阵即为
。
(二)抽象型
- 【1990-4-5分】 已知对于阶方阵,存在自然数,使得,试证明矩阵可逆,并写出其逆矩阵的表达式(为阶单位阵)。
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答案:
解析: 利用有限等比恒等式,有
。
由已知,故
。
另一方面,由于的各次幂彼此可交换,亦有
。
因此可逆,且
。
相关知识点:若是幂零矩阵,则含的有限几何级数常用于构造的逆矩阵。
- 【1991-4-3分】 设和为可逆矩阵,为分块矩阵,则
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答案:
解析: 设
。
利用分块矩阵乘法,得
。
同理,
。
故
。
需要注意:右上角应为,左下角应为,位置不能直接照抄原矩阵中的。
- 【1992-5-3分】 设均为阶可逆矩阵,则等于( )。
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答案: C
解析: 将原矩阵分解为
。
事实上,
。
因此
。
故选C。
A选项只是原矩阵本身;B选项忽略了逆矩阵及乘法次序;D选项少了左右两侧的矩阵因子。矩阵乘法一般不满足交换律,求乘积的逆矩阵时必须逆序排列各因子。
- 【2000-2-3分】 设
,
为4阶单位矩阵,且,则
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答案:
解析: 由
,
并注意到
,
可得
。
因此
。
又
,
所以
。
本题不需要先求出的具体矩阵,直接对作代数化简更简洁。
- 【2001-1-3分】 设矩阵满足,其中为单位矩阵,则
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答案:
解析: 由已知矩阵方程
,
得
。
考察
。
代入,可得
。
同理,由于与其多项式可交换,
。
所以可逆,且
。
- 【2002-4-3分】 设矩阵,,则
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答案:
解析: 先计算
。
于是
。
其行列式为
,
故可逆。由二阶矩阵求逆公式,
。
- 【2003-4-4分】 设均为三阶矩阵,是三阶单位矩阵,已知,,则
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答案:
解析: 由
,
移项得
,
即
。
又因为,所以
,
从而
。
由于与均为同阶方阵,上式说明可逆,且
。
计算
,
故
。
本题的关键是把原矩阵等式整理成“某矩阵乘积等于单位矩阵的常数倍”的形式,而不必先求。
大题
(二)抽象型
- 【1988-5-6分】 已知阶方阵满足矩阵方程,其中给定,而是单位矩阵,证明可逆,并求出其逆矩阵。
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答案:
解析: 由已知
,
可得
,
即
。
又因为与关于的多项式可交换,所以同时有
。
于是
,
且
。
因此存在左右逆,故可逆,并且
。