解答题 15.设n阶矩阵A满足(aE-A)(6E一A)=O且a≠b.证明:A可对角化.
【正确答案】由(aE—A)(bE—A)=O,得|aE—A|.|bE—A|=0,则|aE—A|=0或者|bE—A|=0,又由(aE—A)(bE—A)=O,得r(aE—A)+r(bE—A)≤n.
同时r(aE—A)+r(bE—A)≥r[(aE—A)一(bE—A)]=r[(a一b)E]=n.
所以r(aE一A)+r(bE—A)=n.
(1)若|aE—A|≠0,则r(aE—A)=n,所以r(bE—A)=0,故A=bE.
(2)若|bE一A|≠0,则r(bE—A)=n,所以r(aE—A)=0,故A=aE.
(3)若|aE—A|=0且|bE—A|=0,则a,b都是矩阵A的特征值.
方程组(aE—A)X=0的基础解系含有n一r(aE—A)个线性无关的解向量,即特征值a对应的线性无关的特征向量个数为n—r(aE—A)个;
方程组(6E—A)X=0的基础解系含有n一r(bE一A)个线性无关的解向量,即特征值b对应的线性无关的特征向量个数为n一r(bE—A)个.
因为n一r(aE—A)+n一r(bE—A)=n,所以矩阵A有n个线性无关的特征向量,所以A一定可以对角化.
【答案解析】