解答题 16.设A为三阶矩阵,α1,α2,α3是线性无关的三维列向量,且满足Aα1123,Aα2=2α23,Aα3=2α2+3α3
(Ⅰ)求矩阵B,使得A(α1,α2,α3)=(α1,α2,α3)B;
(Ⅱ)求矩阵A的特征值;
(Ⅲ)求可逆矩阵P,使得P一1AP为对角矩阵.
【正确答案】(Ⅰ)由题设条件,有
A(α1,α2,α3)=(Aα1,Aα2,Aα3)=(α123,2α23,2α2+3α3)
=(α1,α2,α3)
所以,
(Ⅱ)因为α1,α2,α3是线性无关的三维列向量,可知矩阵C=(α1,α2,α3)可逆,所以由AC=CB,得C一1AC=B,即矩阵A与B相似.由此可得矩阵A与B有相同的特征值,
由|λE 一B|==(λ一1)2(λ一4)=0
得矩阵B的特征值,也即矩阵A的特征值为λ1一λ2=1,λ3=4.
(Ⅲ)对应于λ12=1,解齐次线性方程组(E一B)x=0,得基础解系
ξ1=(一1,1,0)T,ξ2=(一2,0,1)T
对应于λ3=4,解齐次线性方程组(4E一B)x=0,得基础解系ξ3=(0,1,1)T
令矩阵
Q= (ξ1,ξ2,ξ3)=
则有
Q一1BQ=
因Q一1BQ=Q一1C一1ACQ=(CQ)一1A(CQ),记矩阵
P= CQ=(α1,α2,α3)
【答案解析】