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二、逆矩阵的计算

小题

(一)数值型

  1. 【1988-45-1分】
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答案:

解析:

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


  1. 【1989-12-3分】 设矩阵

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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:


  1. 【1991-12-3分】 设四阶方阵

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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


  1. 【1994-45-3分】

其中,则

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答案:

解析:,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

  1. 【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(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。


  1. 【1991-4-3分】为可逆矩阵,为分块矩阵,则
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答案:

解析:

利用分块矩阵乘法,得

同理,

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


  1. 【1992-5-3分】均为阶可逆矩阵,则等于( )。
A.    B.    C.    D.
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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。


  1. 【2000-2-3分】

为4阶单位矩阵,且,则

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答案:

解析:

并注意到

可得

因此

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。


  1. 【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

考察

代入,可得

同理,由于与其多项式可交换,

所以可逆,且


  1. 【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

可逆。由二阶矩阵求逆公式,


  1. 【2003-4-4分】均为三阶矩阵,是三阶单位矩阵,已知,则
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答案:

解析:

移项得

又因为,所以

从而

由于均为同阶方阵,上式说明可逆,且

计算

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

  1. 【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

又因为与关于的多项式可交换,所以同时有

于是

因此存在左右逆,故可逆,并且