思考:秩一矩阵的性质,证明以及应用
(1) 定义
(2) 性质有哪些
(3) 应用的题目
解 (1) 先看一个秩一矩阵的性质
设 A 是 n×n 矩阵, 秩 (A)=1. 证明:
(a) A=⎝⎜⎜⎜⎜⎛a1a2⋮an⎠⎟⎟⎟⎟⎞(b1,b2,⋯,bn);
(b) A2=kA.
证明 (a) 因秩 (A) 为 1 , 必有某个行, 设为第 i 行, 使其他各行都是它的倍数. 设这 第 i 行为 (b1,b2,⋯,bn), 而第 1 行, 第 2 行, ⋯, 第 n 行分别是它的 a1,a2,⋯,an 倍( 这 时 ai 必为 1). 于是
A=⎝⎜⎜⎜⎜⎛a1b1a2b1⋮anb1a1b2a2b2⋮anb2⋯⋯⋯a1bna2bn⋮anbn⎠⎟⎟⎟⎟⎞=⎝⎜⎜⎜⎜⎛a1a2⋮an⎠⎟⎟⎟⎟⎞(b1,b2,⋯,bn).
(b) 由 (a) 知
A2=⎝⎜⎜⎜⎜⎛a1a2⋮an⎠⎟⎟⎟⎟⎞(b1,b2,⋯,bn)⎝⎜⎜⎜⎜⎛a1a2⋮an⎠⎟⎟⎟⎟⎞(b1,b2,⋯,bn)
=⎝⎜⎜⎜⎜⎛a1a2⋮an⎠⎟⎟⎟⎟⎞(a1b1+a2b2+⋯+anbn)(b1,b2,⋯,bn)=(a1b1+a2b2+⋯+anbn)⎝⎜⎜⎜⎜⎛a1a2⋮an⎠⎟⎟⎟⎟⎞(b1,b2,⋯,bn)
其中 k=a1b1+a2b2+⋯+anbn
(2) 应用 (1) 的性质证明:
设 A 是 2×2 矩阵, 证明: 如果 Al=O,l⩾2, 那么 A2=O.
证明 因 Al=0,∣∣∣Al∣∣∣=∣A∣l=0, 故 ∣A∣=0,A 不是满秩.
而 A 是 2×2 矩阵, 所以,秩 (A)<2.
若秩 (A)=0, 即 A=O. 这时当然有 A2=O.
若秩 (A)=1, 则由 (1) 有 A2=kA, 可知 Al=kl−1A=O. 因为 A=O, 故 k=0, 即有 A2=0.
(3) 其他秩一矩阵的性质:读者自行证明.
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βTα=tr(A)
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A2=tr(A)AAk=[tr(A)]k−1A
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A=(aij)n×n 的秩 r(A)=n−1 ,则存在常数 k ,使得 (A∗)2=kA∗ ,此时 A∗ 是秩1矩阵
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A=(aij)2×2 ,则存在 l∈N∗ ,使得 Al=0 ,则 A2=0
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tr(A)=0,A 的特征值为 0(n−1 重) ,tr(A)=∑i=1naibi (1重)
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tr(A)=∑i=1naibi=0 ,则 A 的特征值为 0 ( n 重)
提示 ∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣λE−⎣⎢⎢⎢⎢⎡a1a2⋮an⎦⎥⎥⎥⎥⎤[b1b2⋯bn]∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣=λn−1(λ−tr(A))
- A=(aij)n×n 正定, α 是 n 维的非零实列向量, B=AααT 的特征值为 0 ( n−1 重) , αTAα (1重)