解答题 2.(1)设A是对角矩阵,并且对角线上元素两两不相等.证明和A乘积可交换的一定是对角矩阵.
(2)n阶矩阵C如果和任何n阶矩阵乘积可交换,则C必是数量矩阵.
【正确答案】(1)设B和A乘积可交换,要证明B是对角矩阵,即要说明B的对角线外的元素bij(i≠j)都为0.
设A的对角线元素为λ1,λ2,…,λn.则AB的(i,j)位元素为λibij,而BA的(i,j)位元素为λjbij,因为AB=BA,得
aibijjbij
因为λi≠λj,所以bij=0.
(2)先说明C一定是对角矩阵.由于C与对角线上元素两两不相等的n阶对角矩阵乘积可交换,由(1)的结论得出C是对角矩阵.
再说明C的对角线元素c11,c22,…,cnn都相等.
构造n阶矩阵A,使得其(i,j)位元素为1,i≠j,则
CA的(i,j)位元素为Cij,AC的(i,j)位元素为cjj.于是Cii=cjj.这里的i,j是任意的,从而
C11=C22=…=Cnn
【答案解析】