题目
设 A 为 n 阶方阵,lambda_1, lambda_2 是 A 的特征值,alpha_1, alpha_2 是 A 的分别对应于 lambda_1, lambda_2 的特征向量,则 A 当 lambda_1 = lambda_2 时,alpha_1, alpha_2 一定不成比例 B 当 lambda_1 = lambda_2 时,alpha_1, alpha_2 一定成比例 C 当 lambda_1 neq lambda_2 时,alpha_1, alpha_2 一定不成比例 D 当 lambda_1 neq lambda_2 时,alpha_1, alpha_2 一定成比例
设 $A$ 为 $n$ 阶方阵,$\lambda_1, \lambda_2$ 是 $A$ 的特征值,$\alpha_1, \alpha_2$ 是 $A$ 的分别对应于 $\lambda_1, \lambda_2$ 的特征向量,则
A 当 $\lambda_1 = \lambda_2$ 时,$\alpha_1, \alpha_2$ 一定不成比例
B 当 $\lambda_1 = \lambda_2$ 时,$\alpha_1, \alpha_2$ 一定成比例
C 当 $\lambda_1 \neq \lambda_2$ 时,$\alpha_1, \alpha_2$ 一定不成比例
D 当 $\lambda_1 \neq \lambda_2$ 时,$\alpha_1, \alpha_2$ 一定成比例
题目解答
答案
为了确定正确答案,我们需要分析特征值和特征向量的性质。让我们一步步来分析。
1. **理解特征值和特征向量:**
- 如果 $ A $ 是一个 $ n \times n $ 矩阵,那么一个非零向量 $ \alpha $ 是 $ A $ 的特征向量,如果存在一个标量 $ \lambda $ 使得 $ A\alpha = \lambda\alpha $。标量 $ \lambda $ 被称为特征值。
2. **不同特征值的特征向量:**
- 如果 $ \lambda_1 $ 和 $ \lambda_2 $ 是 $ A $ 的不同特征值,且 $ \alpha_1 $ 和 $ \alpha_2 $ 分别是对应的特征向量,那么 $ \alpha_1 $ 和 $ \alpha_2 $ 是线性无关的。这意味着 $ \alpha_1 $ 和 $ \alpha_2 $ 不成比例。
3. **相同特征值的特征向量:**
- 如果 $ \lambda_1 = \lambda_2 $,那么 $ \alpha_1 $ 和 $ \alpha_2 $ 可以是成比例的(如果它们是相同特征子空间的基向量的标量倍数),但它们也可以是线性无关的(如果它们是对应于特征值的代数重数大于1的特征子空间的基向量)。
根据这些性质,我们可以分析选项:
A. 当 $ \lambda_1 = \lambda_2 $ 时,$ \alpha_1 $ 和 $ \alpha_2 $ 一定不成比例。
- 这不一定正确。如果 $ \alpha_1 $ 和 $ \alpha_2 $ 是相同特征子空间的基向量的标量倍数,那么它们是成比例的。
B. 当 $ \lambda_1 = \lambda_2 $ 时,$ \alpha_1 $ 和 $ \alpha_2 $ 一定成比例。
- 这也不一定正确。如果 $ \alpha_1 $ 和 $ \alpha_2 $ 是对应于特征值的代数重数大于1的特征子空间的基向量,那么它们是线性无关的。
C. 当 $ \lambda_1 \neq \lambda_2 $ 时,$ \alpha_1 $ 和 $ \alpha_2 $ 一定不成比例。
- 这是正确的。如果 $ \lambda_1 $ 和 $ \lambda_2 $ 是不同的特征值,那么对应的特征向量 $ \alpha_1 $ 和 $ \alpha_2 $ 是线性无关的,因此不成比例。
D. 当 $ \lambda_1 \neq \lambda_2 $ 时,$ \alpha_1 $ 和 $ \alpha_2 $ 一定成比例。
- 这是错误的。如果 $ \lambda_1 $ 和 $ \lambda_2 $ 是不同的特征值,那么对应的特征向量 $ \alpha_1 $ 和 $ \alpha_2 $ 是线性无关的,因此不成比例。
因此,正确答案是 $\boxed{C}$。
解析
步骤 1:理解特征值和特征向量
- 如果 $A$ 是一个 $n \times n$ 矩阵,那么一个非零向量 $\alpha$ 是 $A$ 的特征向量,如果存在一个标量 $\lambda$ 使得 $A\alpha = \lambda\alpha$。标量 $\lambda$ 被称为特征值。
步骤 2:不同特征值的特征向量
- 如果 $\lambda_1$ 和 $\lambda_2$ 是 $A$ 的不同特征值,且 $\alpha_1$ 和 $\alpha_2$ 分别是对应的特征向量,那么 $\alpha_1$ 和 $\alpha_2$ 是线性无关的。这意味着 $\alpha_1$ 和 $\alpha_2$ 不成比例。
步骤 3:相同特征值的特征向量
- 如果 $\lambda_1 = \lambda_2$,那么 $\alpha_1$ 和 $\alpha_2$ 可以是成比例的(如果它们是相同特征子空间的基向量的标量倍数),但它们也可以是线性无关的(如果它们是对应于特征值的代数重数大于1的特征子空间的基向量)。
- 如果 $A$ 是一个 $n \times n$ 矩阵,那么一个非零向量 $\alpha$ 是 $A$ 的特征向量,如果存在一个标量 $\lambda$ 使得 $A\alpha = \lambda\alpha$。标量 $\lambda$ 被称为特征值。
步骤 2:不同特征值的特征向量
- 如果 $\lambda_1$ 和 $\lambda_2$ 是 $A$ 的不同特征值,且 $\alpha_1$ 和 $\alpha_2$ 分别是对应的特征向量,那么 $\alpha_1$ 和 $\alpha_2$ 是线性无关的。这意味着 $\alpha_1$ 和 $\alpha_2$ 不成比例。
步骤 3:相同特征值的特征向量
- 如果 $\lambda_1 = \lambda_2$,那么 $\alpha_1$ 和 $\alpha_2$ 可以是成比例的(如果它们是相同特征子空间的基向量的标量倍数),但它们也可以是线性无关的(如果它们是对应于特征值的代数重数大于1的特征子空间的基向量)。