问答题 已知A=E+αβT,其中α=(a1,a2,a3)T,β=(b1,b2,b3)T且αTβ=2
(Ⅰ)求矩阵A的特征值与特征向量;
(Ⅱ)证明A可逆,并求A-1
(Ⅲ)求行列式|A*+E|的值.

【正确答案】[解] (Ⅰ)记B=αβT,则
[*]
由于αTβ=a1b1+a2b2+a3b3=2,故a1,a2,a3,b1,b2,b3不全为0,不妨设a1≠0,b1≠0,于是秩r(B)=1,那么
|λE-B|=λ3=(a1b1+a2b2+a3b323=2λ2
所以,矩阵B的特征值为λ1=2,λ23=0.那么矩阵A-E+B的特征值是3,1,1.
由于B2=(αβT)(αβT)=α(βTα)βT=2αβT=2B,对矩阵B按列分块,记B=(γ123),那么由B2=2B,有
B(γ123)=2(γ123)
得 Bγi=2γi (i=1,2,3)
所以,矩阵B属于特征值λ=2的特征向量是α=(a1,a2,a3)T
由(0E-B)x=0
[*]
得到基础解系
α2=(-b2,b1,0)T,α3=(-b3,0,b1)T
所以矩阵A属于特征值λ1=3的特征向量是k1α(k1是非0任意常数),属于特征值λ23=1的特征向量是k2α2+k3α3(k2,k3是不全为零的任意常数)
[证明] (Ⅱ)因为矩阵A的特征值3,1,1不为0,所以矩阵A可逆.
又因B2=2B,及A=E+B,有
(A-E)2=2(A-E) 即 A2-4A=-3E
那么 [*]
[*]
[解] (Ⅲ)因为矩阵A的特征值是3,1,1,知|A|=3.从而A*的特征值为1,3,3.所以,A*+E的特征值为2,4,4.那么|A*+E|=32.
【答案解析】[评注] 注意βTα是1×1矩阵,是数,且[*],而αβT与αβT是不相同的n阶矩阵,这里不要混淆.
当秩r(A)=1时,特征多项式[*],矩阵A的特征值可立即求出.
本题用定义求A-1是简捷的,其他方法计算量都较大.