题目
设矩阵 A=} 1 & 2 & a 1 & a+1 & 1 a & 2 & 1 ,矩阵 B 为三阶非零矩阵,且 AB=0,则()。A. 当 a=1 时,B 的秩必为 1B. 当 a=-3 时,B 的秩必为 1C. 当 a=1 时,B 的秩必为 2D. 当 a=-3 时,B 的秩必为 2
设矩阵 $A=\begin{pmatrix} 1 & 2 & a \\ 1 & a+1 & 1 \\ a & 2 & 1 \end{pmatrix}$,矩阵 $B$ 为三阶非零矩阵,且 $AB=0$,则()。
A. 当 $a=1$ 时,$B$ 的秩必为 1
B. 当 $a=-3$ 时,$B$ 的秩必为 1
C. 当 $a=1$ 时,$B$ 的秩必为 2
D. 当 $a=-3$ 时,$B$ 的秩必为 2
题目解答
答案
B. 当 $a=-3$ 时,$B$ 的秩必为 1
解析
考查要点:本题主要考查矩阵的秩、行列式、零空间的性质,以及矩阵乘法的性质。
解题思路:
- 行列式判断矩阵可逆性:当矩阵$A$不可逆(行列式为0)时,存在非零矩阵$B$使得$AB=0$。
- 秩与零空间维数关系:根据秩-零化度定理,零空间的维数为$n - r(A)$($n$为矩阵列数)。
- B的秩的限制:$B$的列向量必须属于$A$的零空间,因此其秩不超过零空间的维数,且$B$非零时秩至少为1。
破题关键:
- 计算行列式:确定$a$的取值使$A$不可逆。
- 分析不同$a$值下$A$的秩,进而确定零空间维数,最终限制$B$的秩。
计算行列式
矩阵$A$的行列式为:
$\det(A) = -(a-1)^2(a+3)$
当$\det(A)=0$时,$a=1$或$a=-3$。
情况1:$a=1$
此时:
$A = \begin{pmatrix} 1 & 2 & 1 \\ 1 & 2 & 1 \\ 1 & 2 & 1 \end{pmatrix}, \quad r(A)=1$
零空间维数为$3 - 1 = 2$,因此$B$的秩最多为2。但$B$非零,故秩可能为1或2,选项A、C均不成立。
情况2:$a=-3$
此时:
$A = \begin{pmatrix} 1 & 2 & -3 \\ 1 & -2 & 1 \\ -3 & 2 & 1 \end{pmatrix}, \quad r(A)=2$
零空间维数为$3 - 2 = 1$,因此$B$的秩只能为1(非零矩阵),选项B正确,D错误。