解答题 6.设三阶实对称矩阵A的各行元素之和均为3,向量α1=(1一,2,一1)T,α2=(0,一1,1)T是线性方程组Ax=0的两个解。
(Ⅰ)求A的特征值与特征向量;
(Ⅱ)求正交矩阵Q和对角矩阵A,使得QTAQ=A;
(Ⅲ)求A及(A一
【正确答案】(Ⅰ)因为矩阵A的各行元素之和均为3,所以,则由特征值和特征向量的定义知,λ=3是矩阵A的特征值,α=(1,1,1)T是对应的特征向量。因此对应λ=3的全部特征向量为kα,其中k为不为零的常数。
又由题设知Aα1=0,Aα2=0,即Aα1=0.α1,Aα2=0.α2,而且α1,α2线性无关,所以λ=0是矩阵A的二重特征值,α1,α2是其对应的特征向量。因此对应λ=0的全部特征向量为k1α1+k2α2,其中k1,k2为不全为零的常数。
(Ⅱ)因为A是实对称矩阵,所以α与α1,α2正交,所以只需将α1,α2正交。
取β11一(一1,2,一1)T,由施密特正交法则
β22
再将α,β1,β2单位化,得

令Q=(η1,η2,η3),则Q-1=QT,由A是实对称矩阵必可相似对角化,得
QTAQ=
(Ⅲ)由(Ⅱ)知QTAQ=,所以
【答案解析】