设A、B都为n阶方阵,下列说法正确的是()A. AB=BAB. (AB)^2=A^2B^2C. (AB)^T=A^TB^TD. |AB|=|A||B|
A. $AB=BA$
B. $(AB)^2=A^2B^2$
C. $(AB)^T=A^TB^T$
D. $|AB|=|A||B|$
题目解答
答案
解析
本题考查方阵的运算性质,包括矩阵乘法的交换律、幂运算、转置运算以及行列式的性质。解题思路是根据方阵运算的相关定义和性质,对每个选项逐一进行分析判断。
选项A
矩阵乘法一般不满足交换律,即对于$n$阶方阵$A$和$B$,$AB$不一定等于$BA$。
例如,设$A = \begin{pmatrix}0&1\\0&0\end{pmatrix}$,$B = \begin{pmatrix}0&0\\1&0\end{pmatrix}$,则:
$AB=\begin{pmatrix}0&1\\0&0\end{pmatrix}\begin{pmatrix}0&0\\1&0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1&0\\0&0\end{pmatrix}$
$BA=\begin{pmatrix}0&0\\1&0\end{pmatrix}\begin{pmatrix}0&1\\0&0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0&0\\0&1\end{pmatrix}$
显然$AB\neq BA$,所以选项A错误。
选项B
$(AB)^2=(AB)(AB)$,根据矩阵乘法的结合律,$(AB)(AB)=ABAB$。
而$A^2B^2 = AA BB$,一般情况下$ABAB\neq AABB$,即$(AB)^2\neq A^2B^2$。
同样以上面的例子,$A^2=\begin{pmatrix}0&1\\0&0\end{pmatrix}\begin{pmatrix}0&1\\0&0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0&0\\0&0\end{pmatrix}$,$B^2=\begin{pmatrix}0&0\\1&0\end{pmatrix}\begin{pmatrix}0&0\\1&0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0&0\\0&0\end{pmatrix}$,则$A^2B^2=\begin{pmatrix}0&0\\0&0\end{pmatrix}$,而$(AB)^2=\begin{pmatrix}1&0\\0&0\end{pmatrix}\begin{pmatrix}1&0\\0&0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1&0\\0&0\end{pmatrix}$,$(AB)^2\neq A^2B^2$,所以选项B错误。
选项C
根据矩阵转置的性质,$(AB)^T = B^T A^T$,而不是$A^T B^T$。
设$A=(a_{ij})_{n\times n}$,$B=(b_{ij})_{n\times n}$,$AB = C=(c_{ij})_{n\times n}$,其中$c_{ij}=\sum_{k = 1}^{n}a_{ik}b_{kj}$。
$(AB)^T$的$(i,j)$元素为$c_{ji}=\sum_{k = 1}^{n}a_{jk}b_{ki}$,$B^T A^T$的$(i,j)$元素为$\sum_{k = 1}^{n}(B^T)_{ik}(A^T)_{kj}=\sum_{k = 1}^{n}b_{ki}a_{jk}=\sum_{k = 1}^{n}a_{jk}b_{ki}$,所以$(AB)^T = B^T A^T$,选项C错误。
选项D
根据行列式的性质,对于$n$阶方阵$A$和$B$,有$\vert AB\vert=\vert A\vert\vert B\vert$,这是行列式的一个重要性质,所以选项D正确。