解答题 21.设A是n阶矩阵,E+A可逆,其中E是n阶单位矩阵.证明:
(Ⅰ)(E—A)(E+A)-1=(E+A)-1(E—A);
(Ⅱ)若A是反对称矩阵,则(E一A)(E+A)-1是正交矩阵;
(Ⅲ)若A是正交矩阵,则(E—A)(E+A)-1是反对称矩阵.
【正确答案】利用反对称矩阵及正交矩阵的定义AT=一A及AAT=ATA=E证之.
证 (Ⅰ)因(E—A)(E+A)=E一A2=(E+A)(E—A),
在上式两边分别左乘、右乘(E+A)-1得到
(E+A)-1(E—A)(E+A)(E+A)-1=(E+A)-1(E+A)(E—A)(E+A)-1
即 (E+A)-1(E—A)=(E一A)(E+A)-1
(Ⅱ)下证[(E—A)(E+A)-1][(E—A)(E+A)-1]T=E.事实上,由AT=一A得到
[(E—A)(E+A)-1][(E—A)(E+A)-1]T
=[(E—A)(E+A)-1][(E+A)-1]T(E—A)T
=(E—A)(E+A)-1(E—A)-1(E+A)
=(E+A)-1(E—A)(E—A)-1(E+A),
(利用(1)的结果(E—A)(E+A)-1=(E+A)(E—A))=E·E=E.)
故(E—A)(E+A)-1为正交矩阵.
(Ⅲ)下证[(E—A)(E+A)-1]T=一(E一A)(E+A)-1.利用AAT=ATA=E及-1=AT
得到
[(E—A)(E+A)-1]T=[(E+A)-1]T(E一A)T=[(E+A)T]-1(E—AT)
=(E+AT)-1(E—AT)=(E+A-1)-1(E一A-1)=(A-1A+A-1)-1(E—A-1)
=[A-1(A+E)]-1(E—A-1)=(A+E)-1A(E—A-1)
=(A+E)-1(A—E)=一(A+E)-1(E—A)=一(E—A)(E+A)-1
(利用(Ⅰ)的结果(E+A)-1(E—A)=(E—A)(E+A)-1)
故(E—A)(E+A)-1为反对称矩阵.
【答案解析】