解答题   A是3阶矩阵,有特征值λ12=2,对应两个线性无关的特征向量为ξ1,ξ2,λ3=-2对应的特征向量是ξ3
    (Ⅰ)问ξ12是否是A的特征向量?说明理由;
    (Ⅱ)问ξ23是否是A的特征向量?说明理由;
    (Ⅲ)证明任意3维非零向量β都是A2的特征向量,并求对应的特征值.
 
【正确答案】
【答案解析】(Ⅰ)[解] ξ12仍是A的对应于λ12=2的特征向量.
   因已知Aξ1=2ξ1,Aξ2=2ξ2,故
   A(ξ12)=Aξ1+Aξ2=2ξ1+2ξ2=2(ξ12).
   (Ⅱ)[解] ξ23不是A的特征向量.假设是,设其对应的特征值为μ,则有
   A(ξ23)=μ(ξ23),
   得2ξ2-2ξ3-μξ2-μξ3=(2-μ)ξ2-(2+μ)ξ3=0,
   因2-μ和2+μ不同时为零,故ξ2,ξ3线性相关,这和不同特征值对应的特征向量线性无关矛盾,
   故ξ23不是A的特征向量.
   (Ⅲ)[证] 因A有特征值λ12=2,λ3=-2,故A2有特征值μ123=4.对应的特征向量仍是ξ1,ξ2,ξ3,且ξ1,ξ2,ξ3线性无关故存在可逆矩阵P=(ξ1,ξ2,ξ3),使得
   P-1A2P=4E,A2=P(4E)P-1=4E,
   从而对任意的β≠0,有A2β=4Eβ=4β,故知任意3维非零向量β都是A2的对应于特征值μ=4的特征向量.