解答题
设A是3阶矩阵,λ1,λ2,λ3是A的3个不同的特征值,对应的特征向量分别是ξ
1
,ξ
2
,ξ
3
,令β=ξ
1
+ξ
2
+ξ
3
.
证明:
(Ⅰ)β不是A的特征向量;
(Ⅱ)向量组β,Aβ,A
2
β线性无关.
【正确答案】
【答案解析】
[证] (Ⅰ)已知Aβ=A(ξ
1
+ξ
2
+ξ
3
)=λ
1
ξ
1
+λ
2
ξ
2
+λ
3
ξ
3
.
若β是A的特征向量,假设对应的特征值为μ,则有
Aβ=μβ=μ(ξ
1
+ξ
2
+ξ
3
)=λ
1
ξ
1
+λ
2
ξ
2
+λ
3
ξ
3
,
从而得(μ-λ
1
)ξ
1
+(μ-λ
2
)ξ
2
+(μ-λ
3
)ξ
3
=0.
ξ
1
,ξ
2
,ξ
3
是不同特征值对应的特征向量,由定理知ξ
1
,ξ
2
,ξ
3
线性无关,从而得λ
1
=λ
2
=λ
3
=μ,这和λ
1
,λ
2
,λ
3
互不相同矛盾.故β=ξ
1
+ξ
2
+ξ
3
不是A的特征向量.
(Ⅱ)法一 用线性无关的定义证
假设存在数k1,k2,k3,使得k
1
β+k
2
Aβ+k
3
A
2
β=0.
将β=ξ
1
+ξ
2
+ξ
3
及Aξ
i
=λ
i
ξ
i
(i=1,2,3)代入上式得
整理得
因ξ
1
,ξ
2
,ξ
3
线性无关,则有
又λ
i
(i=1,2,3)互不相同.故方程组(*)的系数矩阵的行列式
故方程组(*)仅有零解,即k
1
=k
2
=k
3
=0,所以β,Aβ,A
2
β线性无关.
法二 用秩来证因
其中
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