题目
设 P 为正交矩阵,向量 alpha, beta 的内积为 (alpha, beta)= 2,则 (Palpha, Pbeta)= (A. (1)/(2)B. 1C. (3)/(2)D. 2
设 $P$ 为正交矩阵,向量 $\alpha, \beta$ 的内积为 $(\alpha, \beta)= 2$,则 $(P\alpha, P\beta)= ($
A. $\frac{1}{2}$
B. $1$
C. $\frac{3}{2}$
D. $2$
题目解答
答案
D. $2$
解析
考查要点:本题主要考查正交矩阵的性质及其对向量内积的影响。
解题核心思路:
正交矩阵的一个关键性质是保持向量的内积不变。具体来说,若$P$为正交矩阵,则对任意向量$\alpha$和$\beta$,有$(P\alpha, P\beta) = (\alpha, \beta)$。因此,无需复杂计算,直接利用这一性质即可得出答案。
破题关键点:
- 正交矩阵的定义:$P^T P = I$,即其转置与自身相乘为单位矩阵。
- 内积的代数性质:$(P\alpha, P\beta)$可通过展开表达式并结合正交矩阵的性质简化为原内积。
步骤1:展开内积表达式
根据内积的定义,$(P\alpha, P\beta) = (P\alpha)^T (P\beta)$。
步骤2:利用矩阵转置性质
展开后得到:
$(P\alpha)^T (P\beta) = \alpha^T P^T P \beta$
步骤3:代入正交矩阵性质
由于$P$是正交矩阵,$P^T P = I$,因此:
$\alpha^T P^T P \beta = \alpha^T I \beta = \alpha^T \beta$
步骤4:简化为原内积
$\alpha^T \beta$即为原内积$(\alpha, \beta)$,已知其值为$2$,故:
$(P\alpha, P\beta) = (\alpha, \beta) = 2$