解答题 [2004年] 设n阶矩阵
问答题 19.求A的特征值和特征向量;
【正确答案】解一 根据A的结构特点:主对角线上的元素全为a=1,非主对角线上的元素全为b,由命题2.5.1.7即得到A的特征值为λ1=1+(n-1)b,λ23=…=λn=1-b.
解二

令f(x)=x+1-b,则f(B)=B+(1-b)E.如能求出B的特征值,则f(B)=B+(1-b)E的特征值即可求出.事实上,因秩(B)=1,由命题2.5.1.5即知B的特征值为λ1=b+b+…+b=nb,λ23=…=λn=0,故f(B)即A=B+(1-b)E的特征值为f(λ1)=nb+1-b=(n-1)b+1, f(λ2)=f(λ3)=…f(λn)=0+(1-b)=1-b.
下面求A的特征向量,首先求属于特征值λ1=1+(n-1)b的A的特征向量.由命题2.5.1.4即知α1=[1,1,…,1]T为属于特征值λ1=1+(n一1)b的A的特征向量,所以A的属于λ1的全部特征向量为kα1(k为非零的任意常数).
再求A的属于特征值λ23=…=λn=1-b的特征向量.为此求(λ2E—A)X=0的基础解系.对λ2E一A以初等行变换,得到
【答案解析】
问答题 20.求可逆矩阵P,使P-1AP为对角矩阵.
【正确答案】当b=0时,A的特征值为λ12=…=λn=1,任意非零列向量均为特征向量.因为这时A=E,对任意α≠0有Aα=Eα=α=1·α.
①当b≠0时,A有n个线性无关的特征向量α1,α2,…,αn,令P=[α1,α2,…,αn],则
P-1ΛP=A=diag(1+(n-1)b,1-b,…,1-b).
②当b=0时,因A=E,则对任意可逆矩阵P,均有P-1AP=E.
【答案解析】