解答题   (Ⅰ)设A,B是n阶矩阵,A有特征值λ=1,2,…,n.证明AB和BA有相同的特征值,且AB~BA;
    (Ⅱ)对一般的n阶矩阵A,B,证明AB和BA有相同的特征值,并请问是否必有AB~BA?说明理由.
 
【正确答案】
【答案解析】[证] (Ⅰ)因为A有n个互不相同的非零特征值λ=1,2,…,n,|A|=n!≠0,故A为可逆矩阵,从而有
   |λE-AB|=|A(λA-1-B)|=|A(λE-BA)A-1|=|A||λE-BA||A-1|=|λE-BA|,
   即AB和BA有相同的特征多项式,故有相同的特征值
   又若取可逆矩阵P=A,则有P-1ABP=A-1ABA=BA,故有AB~BA.
   (Ⅱ)若AB有特征值λ=0,则AB=|A||B|=|B||A|=|BA|=0.故BA也有特征值λ=0.
   若AB有特征值λ≠0,按定义,有
   ABξ=λξ(ξ≠0),
   其中ξ是AB的对应特征值λ的特征向量.
   用B左乘上式两端,得BABξ=λBξ,
   即BA(Bξ)=λ(Bξ),
   其中Bξ≠0(若Bξ=0,则有ABξ=λξ=0.因ξ≠0,得λ=0,这和λ≠0矛盾).BA也有非零特征值λ,对应的特征向量为Bξ.
   故AB和BA有相同的特征值.
   一般AB与BA不相似.例如,则有