解答题   设A,B是n阶矩阵.证明:
    (1)AB与BA有相同的特征值;
    (2)tr(AB)=tr(BA).其中tr(AB),tr(BA)分别表示AB,BA的主对角线上的元素相加之和.
 
【正确答案】
【答案解析】[证] 设λ≠0是AB的任一特征值,α≠0是AB与λ对应的特征向量,即
   (AB)α=λα,    ①
   用B左乘上式两端,有
   (BA)(Bα)=λ(Bα),    ②
   若记β=Bα,则②式可写成
   (BA)β=λβ,
   由①式知β=Bα≠0(否则就有α=0).因此λ是矩阵BA的特征值.
   设λ=0是AB的特征值,α≠0是对应的特征向量,即
   (AB)α=0·α=0,
   亦即α是齐次方程组
   (AB)α=0
   的非零解,于是齐次方程组的系数行列式
   |AB|=|A|·|B|=|BA|=0.
   因而齐次方程组(BA)x=0有非零解β,所以β满足
   (BA)β=0·β,
   故λ=0是矩阵BA的特征值.
   综上所述,矩阵AB的特征值都是矩阵BA的特征值,同理可证BA的特征值都是AB的特征值,故(1)中结论成立.
   又若设AB,BA的特征值为λ1,λ2,…,λn,则由公式
   tr(AB)=λ12+…+λn
   tr(BA)=λ12+…+λn
   有tr(AB)=tr(BA),即(2)成立.