【正确答案】 由A为实对称矩阵推出B也为实对称矩阵,所给特征向量不完整,需用实对称矩阵的性质求出A的所有特征向量.再利用相似对角化,求出矩阵B.
(Ⅰ)令f(x)=x
5一4x
3+1,则B=f(A)=A
5一4A
3+E.因A的特征值为λ
1=1,
λ
2=2,λ
3=一2,故B=f(A)的三个特征值分别为
μ
1=f(λ
1)=f(1)=一2,μ
2=f(λ
2)=f(2)=l,μ
3=f(λ
3)=f(一2)=1.
由Aα
1=λ
1α
1=α
1,得到
A
25
1=A
4Aα
1=A
4α
1=…=Aα
1=α
1,A
3α
1=A
2Aα
1=A
2α
1=AAα
1=Aα
1=α
1,
故 βα
1=(A
5一4A
3+E)α
1=A
5α
1一4A
3α
1+α
1=α
1-4α
1+α
1=一2α
1,
即B的属于特征值μ
1=f(λ
1)=f(1)=一2的一个特征向量为α
1(与A的属于特征值λ
1=1,的特征向量α
1相同)。所以B的属于特征值μ
1=一2的全部特征向量为k
1α
1,其中k
1为非零的常数.
一般有矩阵A的属于特征值λ
i的特征向量与矩阵B=f(A)的属于特征值f(λ
i)的特征向量相同,故为求B的特征向量只需求出A的特征向量.
设A的属于A的特征向量为α
2=[x
1,x
2,x
3]
T,则因λ
1≠λ
2,故α
2与α
1正交.于是有
α
1Tα
2=[1,一1,1]

=x
1一x
2+x
3=0.
由2E—A=

即得A的属于特征值λ
2=2的特征向量为
α
2=[1,1,0]
T,α
3=[一1,0,1]
T.
故B的属于特征值μ
2=f(λ
2)=f(2)=1的线性无关的特征向量为α
2=[1,l,0]
T,α
3=[-1.0.0]
T.
所以B的属于二特征值λ
2=l的全部特征向量为k
2α
2+k
3α
3其中k
2,k
3足不全为零的常数.
(II)解 令P=[α
1,α
2,α
3]=

.则P
-1BP=diag(-2,1,1).于是
B=Pdiag(一2,1,1)P
-1=

=
