已知A,B为3阶矩阵,且满足A,B,其中A,B是3阶单位矩阵,证明:矩阵A,B可逆。
已知 为3阶矩阵,且满足
为3阶矩阵,且满足 ,其中
,其中 是3阶单位矩阵,证明:矩阵
是3阶单位矩阵,证明:矩阵 可逆。
可逆。
题目解答
答案
∵ ,
,
∴对等式两边同时左乘 ,得到:
,得到:
∴ ,即
,即 ,
,
∴ ,即有
,即有 ,
,
∴ ,
,
即 ,
,
∴ ,
,
根据矩阵可逆的定义:若 ,则矩阵
,则矩阵 可逆,且
可逆,且 ,
,
∴矩阵 可逆,
可逆, 。
。
解析
考查要点:本题主要考查矩阵方程的变形与矩阵可逆性的证明。关键在于通过已知条件构造出与$A-2E$相关的乘积等式,从而应用矩阵可逆的定义。
解题思路:
- 利用已知方程变形:从$A^{-1}B = B - 4E$出发,通过左乘$A$消去$A^{-1}$,得到$B = AB - 4A$。
- 引入目标矩阵$A-2E$:通过移项和因式分解,将方程转化为$(A-2E)$与另一矩阵的乘积等于单位矩阵的形式。
- 应用可逆定义:根据矩阵乘积为单位矩阵的条件,直接得出$A-2E$可逆。
破题关键:通过代数变形将方程中的项重组,提取出$A-2E$,并构造其与另一矩阵的乘积为标量倍的单位矩阵。
步骤1:消去$A^{-1}$
已知$A^{-1}B = B - 4E$,对等式两边左乘$A$:
$A \cdot A^{-1}B = A \cdot (B - 4E) \implies B = AB - 4A.$
步骤2:移项整理
将等式$B = AB - 4A$改写为:
$AB - B = 4A \implies B(A - E) = 4A.$
但此形式未直接关联$A-2E$,需进一步变形。
步骤3:构造$A-2E$
将原变形后的等式$B = AB - 4A$两边减$2B$:
$AB - 4A - 2B = -2B \implies AB - 2B = 4A.$
提取公因子$B$:
$B(A - 2E) = 4A.$
步骤4:分解右侧项
将$4A$拆分为$4(A - 2E) + 8E$:
$B(A - 2E) = 4(A - 2E) + 8E.$
移项得:
$B(A - 2E) - 4(A - 2E) = 8E \implies (B - 4E)(A - 2E) = 8E.$
步骤5:验证可逆性
根据矩阵可逆定义,若存在矩阵$C$使得$(A-2E)C = E$,则$A-2E$可逆。
由$(B - 4E)(A - 2E) = 8E$,两边同乘$\frac{1}{8}$得:
$(A - 2E) \cdot \frac{1}{8}(B - 4E) = E.$
因此,$A-2E$可逆,其逆矩阵为$\frac{1}{8}(B - 4E)$。