设λ1,λ2是矩阵A的两个不同的特征值,对应的特征向量分别为α1,α2,则α1,A(α1+α2)线性无关的充分必要条件是( )A. λ1≠0B. λ2≠0C. λ1=0D. λ2=0
| α1 |
| α2 |
| α1 |
| α1 |
| α2 |
A. λ1≠0
B. λ2≠0
C. λ1=0
D. λ2=0
题目解答
答案
∴[
| α1 |
| α1 |
| α2 |
| α1 |
| α1 |
| α2 |
| α1 |
| α2 |
|
而
| α1 |
| α2 |
∴
| α1 |
| α1 |
| α2 |
|
即:
. |
| . |
即:λ2≠0,
故选:B.
解析
考查要点:本题主要考查矩阵特征值、特征向量的性质,以及向量组线性相关性的判定条件。
解题核心思路:
- 利用特征方程展开:将向量$A(\alpha_1 + \alpha_2)$展开为$\lambda_1 \alpha_1 + \lambda_2 \alpha_2$。
- 构造矩阵分析线性相关性:将$\alpha_1$与$\lambda_1 \alpha_1 + \lambda_2 \alpha_2$组成的矩阵转化为以$\alpha_1, \alpha_2$为基底的表达式。
- 行列式判定条件:通过系数矩阵的行列式是否非零,确定向量组线性无关的充要条件。
破题关键点:
- 不同特征值对应的特征向量线性无关,即$\alpha_1$与$\alpha_2$线性无关。
- 系数矩阵的行列式为$\lambda_2$,其非零等价于$\lambda_2 \neq 0$。
步骤1:展开向量表达式
由特征方程$A\alpha_1 = \lambda_1 \alpha_1$和$A\alpha_2 = \lambda_2 \alpha_2$,可得:
$A(\alpha_1 + \alpha_2) = A\alpha_1 + A\alpha_2 = \lambda_1 \alpha_1 + \lambda_2 \alpha_2.$
步骤2:构造矩阵分析线性相关性
将$\alpha_1$与$A(\alpha_1 + \alpha_2)$组成的矩阵表示为:
$[\alpha_1, \lambda_1 \alpha_1 + \lambda_2 \alpha_2].$
由于$\alpha_1$与$\alpha_2$线性无关,可将矩阵改写为:
$[\alpha_1, \alpha_2] \begin{pmatrix} 1 & \lambda_1 \\ 0 & \lambda_2 \end{pmatrix}.$
步骤3:行列式判定条件
矩阵$[\alpha_1, \lambda_1 \alpha_1 + \lambda_2 \alpha_2]$的列向量线性无关的充要条件是系数矩阵:
$\begin{pmatrix} 1 & \lambda_1 \\ 0 & \lambda_2 \end{pmatrix}$
的行列式非零,即:
$\det \begin{pmatrix} 1 & \lambda_1 \\ 0 & \lambda_2 \end{pmatrix} = \lambda_2 \neq 0.$
结论:当且仅当$\lambda_2 \neq 0$时,$\alpha_1$与$A(\alpha_1 + \alpha_2)$线性无关,故选B。