题目
2.已知矩阵A=}1&2&52&a&71&3&2,且r(AB)=2,则a=(). (A.)5; (B.)-5; (C.)1; (D.)-1.
2.已知矩阵$A=\begin{bmatrix}1&2&5\\2&a&7\\1&3&2\end{bmatrix}$,$B=\begin{bmatrix}1&0&4\\0&2&3\\3&0&5\end{bmatrix}$,且$r(AB)=2$,则a=(). (
A.)5; (
B.)-5; (
C.)1; (
D.)-1.
A.)5; (
B.)-5; (
C.)1; (
D.)-1.
题目解答
答案
为了确定 $a$ 的值,使得 $AB$ 的秩为 2,我们需要遵循以下步骤:
1. 计算矩阵乘积 $AB$。
2. 确定 $AB$ 的秩,并找到使秩为 2 的 $a$ 的值。
首先,我们计算矩阵乘积 $AB$。矩阵 $A$ 为:
\[ A = \begin{bmatrix} 1 & 2 & 5 \\ 2 & a & 7 \\ 1 & 3 & 2 \end{bmatrix} \]
矩阵 $B$ 为:
\[ B = \begin{bmatrix} 1 & 0 & 4 \\ 0 & 2 & 3 \\ 3 & 0 & 5 \end{bmatrix} \]
乘积 $AB$ 的计算如下:
\[ AB = \begin{bmatrix} 1 \cdot 1 + 2 \cdot 0 + 5 \cdot 3 & 1 \cdot 0 + 2 \cdot 2 + 5 \cdot 0 & 1 \cdot 4 + 2 \cdot 3 + 5 \cdot 5 \\ 2 \cdot 1 + a \cdot 0 + 7 \cdot 3 & 2 \cdot 0 + a \cdot 2 + 7 \cdot 0 & 2 \cdot 4 + a \cdot 3 + 7 \cdot 5 \\ 1 \cdot 1 + 3 \cdot 0 + 2 \cdot 3 & 1 \cdot 0 + 3 \cdot 2 + 2 \cdot 0 & 1 \cdot 4 + 3 \cdot 3 + 2 \cdot 5 \end{bmatrix} \]
\[ AB = \begin{bmatrix} 1 + 0 + 15 & 0 + 4 + 0 & 4 + 6 + 25 \\ 2 + 0 + 21 & 0 + 2a + 0 & 8 + 3a + 35 \\ 1 + 0 + 6 & 0 + 6 + 0 & 4 + 9 + 10 \end{bmatrix} \]
\[ AB = \begin{bmatrix} 16 & 4 & 35 \\ 23 & 2a & 43 + 3a \\ 7 & 6 & 23 \end{bmatrix} \]
接下来,我们需要确定 $AB$ 的秩。矩阵的秩是其非零子式的最大阶数。由于 $r(AB) = 2$,矩阵 $AB$ 的行列式必须为零。矩阵 $AB$ 的行列式为:
\[ \det(AB) = \begin{vmatrix} 16 & 4 & 35 \\ 23 & 2a & 43 + 3a \\ 7 & 6 & 23 \end{vmatrix} \]
我们沿第一行展开行列式:
\[ \det(AB) = 16 \begin{vmatrix} 2a & 43 + 3a \\ 6 & 23 \end{vmatrix} - 4 \begin{vmatrix} 23 & 43 + 3a \\ 7 & 23 \end{vmatrix} + 35 \begin{vmatrix} 23 & 2a \\ 7 & 6 \end{vmatrix} \]
计算每个 2x2 行列式:
\[ \begin{vmatrix} 2a & 43 + 3a \\ 6 & 23 \end{vmatrix} = 2a \cdot 23 - 6 \cdot (43 + 3a) = 46a - 258 - 18a = 28a - 258 \]
\[ \begin{vmatrix} 23 & 43 + 3a \\ 7 & 23 \end{vmatrix} = 23 \cdot 23 - 7 \cdot (43 + 3a) = 529 - 301 - 21a = 228 - 21a \]
\[ \begin{vmatrix} 23 & 2a \\ 7 & 6 \end{vmatrix} = 23 \cdot 6 - 7 \cdot 2a = 138 - 14a \]
将这些代回行列式表达式:
\[ \det(AB) = 16(28a - 258) - 4(228 - 21a) + 35(138 - 14a) \]
\[ \det(AB) = 448a - 4128 - 912 + 84a + 4830 - 490a \]
\[ \det(AB) = (448a + 84a - 490a) + (-4128 - 912 + 4830) \]
\[ \det(AB) = 42a - 210 \]
将行列式设为零:
\[ 42a - 210 = 0 \]
\[ 42a = 210 \]
\[ a = 5 \]
因此,$a$ 的值是 $\boxed{5}$。正确选项是 $\boxed{A}$。
解析
考查要点:本题主要考查矩阵乘法、矩阵秩的性质以及行列式的计算。关键在于理解秩为2的条件,即矩阵的行列式为零,且存在至少一个二阶子式非零。
解题思路:
- 计算矩阵乘积 $AB$,注意代数运算的准确性,特别是涉及变量$a$的项。
- 行列式为零:根据秩为2的条件,$AB$的行列式必须为零,通过展开行列式并解方程求出$a$。
- 验证存在性:确保当$a$取解值时,$AB$中存在一个二阶子式非零,从而保证秩确实为2。
计算矩阵乘积 $AB$
矩阵 $A$ 和 $B$ 的乘积为:
$AB = \begin{bmatrix}16 & 4 & 35 \\23 & 2a & 43 + 3a \\7 & 6 & 23\end{bmatrix}$
计算行列式 $\det(AB)$
展开行列式:
$\det(AB) = 16 \cdot \begin{vmatrix} 2a & 43 + 3a \\ 6 & 23 \end{vmatrix} - 4 \cdot \begin{vmatrix} 23 & 43 + 3a \\ 7 & 23 \end{vmatrix} + 35 \cdot \begin{vmatrix} 23 & 2a \\ 7 & 6 \end{vmatrix}$
计算各二阶行列式:
- $\begin{vmatrix} 2a & 43 + 3a \\ 6 & 23 \end{vmatrix} = 28a - 258$
- $\begin{vmatrix} 23 & 43 + 3a \\ 7 & 23 \end{vmatrix} = 228 - 21a$
- $\begin{vmatrix} 23 & 2a \\ 7 & 6 \end{vmatrix} = 138 - 14a$
代入展开式并化简:
$\det(AB) = 42a - 210$
解方程 $\det(AB) = 0$
$42a - 210 = 0 \implies a = 5$
验证秩为2
当 $a = 5$ 时,矩阵 $AB$ 的前两行前两列子式:
$\begin{vmatrix} 16 & 4 \\ 23 & 10 \end{vmatrix} = 68 \neq 0$
说明存在二阶非零子式,故秩为2。