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五、矩阵可逆性的讨论

小题​

  1. 【2005-4-5分】 设均为阶矩阵,为阶单位矩阵,若,,则为
A.    B.    C.    D.
查看答案与解析

答案: A。

解析: 由

移项得

。

由于与均为阶方阵,而存在右逆,因此可逆,且

。

再由

可得

,

从而

。

注意与可交换,因此也与可交换。于是

。

故选A。

错误选项分析:B、C、D均忽略了由可推出可逆这一关键事实。


  1. 【2022-1-5分】 已知矩阵和可逆,其中为单位矩阵,若矩阵满足,则
查看答案与解析

答案: 。

解析: 先化简方程左侧的系数矩阵。因为与可交换,所以与也可交换,并且

。

原方程化为

。

由于和均可逆,故等式两边左乘,得到

。

因此

。

易错点:矩阵乘法一般不可交换,但本题中与均为的多项式,因而可交换;其逆矩阵也与可交换。


  1. 【2006-4-4分】 设矩阵,为二阶单位矩阵,矩阵满足,则
查看答案与解析

答案: 。

解析: 由

移项得

。

计算

,

其行列式为

,

故可逆,且

。

于是

。

知识点:解形如的矩阵方程时,应在等式右侧乘,不能把矩阵因子的次序颠倒。


  1. 【2008-1234-4分】 设为阶非零矩阵,为阶单位矩阵,若,则( )
A. 不可逆, 不可逆    B. 不可逆, 可逆
C. 可逆, 可逆    D. 可逆, 不可逆
查看答案与解析

答案: C。

解析: 由,利用有限等比和公式,有

,

同时

。

因此

,

。

故和均可逆,选C。

错误选项分析:A、B、D均与上述显式逆矩阵矛盾。一般地,若,则一定可逆。


  1. 【2017-13-4分】 设为维单位列向量,为阶单位矩阵,则( )
A. 不可逆    B. 不可逆
C. 不可逆    D. 不可逆
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答案: A。

解析: 因为是单位列向量,所以

。

考察矩阵作用于非零向量:

。

因此齐次方程

存在非零解,故不可逆,A正确。

进一步说明其余选项:对任意常数,矩阵在方向上的特征值为,在与正交的方向上的特征值均为。因此只有当时矩阵不可逆。

B、C、D分别对应,其特征值分别为,均不为零,所以这些矩阵都可逆。

大题​

  1. 【2002-2-6分】 已知为3阶矩阵,且满足,其中是3阶单位矩阵。

(1)证明:矩阵可逆;

(2)若,求矩阵。

查看答案与解析

答案: (1)可逆;

(2)。

解析: (1)由题设

,

移项得

。

由于可逆,而两个同阶方阵的乘积可逆时,每个因子都可逆,因此可逆。

又

。

其中可逆,且可逆,所以必可逆。

(2)在原等式两边左乘,得

。

本题中

,

其行列式为

,

故可逆,且

。

于是

。

知识点:矩阵乘积可逆的充要条件是各因子均可逆;解矩阵方程时应注意未知矩阵左右两侧因子的次序不能交换。


  1. 【2015-23-11分】 设矩阵且。

(1)求的值;

(2)若矩阵满足,其中为3阶单位矩阵,求。

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答案: (1);

(2)。

解析: (1)由可知为幂零矩阵,因此的全部特征值均为,从而其迹为。

而

,

故

,即。

此时

,

直接计算得

,

并且,与题设相符。

(2)原方程左端可因式分解为

,

故

。

由,有

,

因为

。

又因,故

。

于是

。

代入与,得

。

易错点:因式分解时必须保持矩阵乘法次序,正确形式是,不能随意把移到其他位置。


  1. 【1996-12-6分】 设,其中是阶单位矩阵,是维非零列向量,是的转置,证明:

(1)的充要条件是;

(2)当时,是不可逆矩阵。

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答案: (1);

(2)当时,不可逆。

解析: (1)由,计算

。

注意是一个数,故

。

因此

。

若,则

,

即

。

因为,所以,从而

,即。

反之,若,则

。

所以的充要条件是。

(2)当时,

。

由于,齐次方程存在非零解,故不可逆。

知识点:在方向上将向量映为零,而在与正交的方向上保持不变;当为单位向量时,它是一个正交投影矩阵。


  1. 【1997-34-6分】 设为阶可逆矩阵,为维列向量,为常数,记分块矩阵

,

其中是矩阵的伴随矩阵,为阶单位矩阵。

(1)计算并化简;

(2)证明:矩阵可逆的充分必要条件是。

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答案: (1);

(2)可逆。

解析: (1)按照分块矩阵乘法法则,

。

由伴随矩阵性质

,

故左下分块为

。

又因为可逆,

,

所以右下分块为

。

因此

。

(2)矩阵是分块下三角矩阵,故

,

所以可逆。于是

。

而是分块上三角矩阵,其行列式为

。

由于,故

,

即

。

知识点:本题本质上是分块矩阵的舒尔补判别;当可逆时,可逆的关键是标量舒尔补不为零。