题目
设A是三阶实对称矩阵,若对任意的三维列向量X,有XTAX=0,则().A. |A|=0B. |A|>0C. |A|D. 以上都不对
设A是三阶实对称矩阵,若对任意的三维列向量X,有XTAX=0,则().
A. |A|=0
B. |A|>0
C. |A|<0
D. 以上都不对
题目解答
答案
A. |A|=0
解析
考查要点:本题主要考查实对称矩阵的性质、二次型恒为零的条件以及矩阵行列式的性质。
解题核心思路:
- 二次型恒为零的条件:若对任意向量$X$,二次型$X^TAX=0$,则矩阵$A$必须满足特定条件。
- 实对称矩阵的特征值性质:实对称矩阵的特征值均为实数,且可正交对角化。
- 行列式与特征值的关系:矩阵的行列式等于其所有特征值的乘积。
破题关键点:
- 通过二次型恒为零的条件,推导出矩阵$A$的特征值全为零,从而得出$A$为零矩阵,最终确定行列式$|A|=0$。
关键推导步骤:
-
二次型恒为零的条件:
若对任意三维列向量$X$,有$X^TAX=0$,则二次型对应的矩阵$A$必须满足所有特征值均为零。- 假设存在非零特征值$\lambda$,则存在非零向量$X$使得$AX=\lambda X$,此时$X^TAX = X^T(\lambda X) = \lambda \|X\|^2 \neq 0$,与题设矛盾。
- 因此,$A$的所有特征值均为零。
-
实对称矩阵的性质:
实对称矩阵可正交对角化,即存在正交矩阵$P$,使得$P^TAP = D$(对角矩阵)。- 由于$A$的所有特征值均为零,故$D$为零矩阵,从而$A = PDP^T = 0$(零矩阵)。
-
行列式的计算:
零矩阵的行列式为$0$,即$|A|=0$。
结论:选项A正确。