题目
设 A, B 均为 n 阶方矩阵,则必有 A. |A+B|=|A|+|B|B. |AB|=|B.A|C. AB=BAD. (AB)^T=A^T B^T
设 $A$, $B$ 均为 $n$ 阶方矩阵,则必有
- A. $|A+B|=|A|+|B|$
- B. $|AB|=|B.A|$
- C. $AB=BA$
- D. $(AB)^T=A^T B^T$
题目解答
答案
为了确定给定的关于 $n$ 阶方阵 $A$ 和 $B$ 的陈述中哪一个是正确的,让我们逐步分析每个选项。
**选项 A: $|A+B| = |A| + |B|$**
这个陈述是错误的。矩阵的行列式不具有加法性质。换句话说,两个矩阵的和的行列式不一定等于它们的行列式的和。例如,考虑以下 $2 \times 2$ 矩阵:
\[ A = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}, \quad B = \begin{pmatrix} -1 & 0 \\ 0 & -1 \end{pmatrix} \]
那么,
\[ |A| = 1, \quad |B| = 1, \quad A + B = \begin{pmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{pmatrix}, \quad |A + B| = 0 \]
所以,$ |A + B| = 0 \neq |A| + |B| = 2 $。
**选项 B: $|AB| = |BA|$**
这个陈述是正确的。矩阵的行列式具有乘法性质,即对于任何两个 $n \times n$ 矩阵 $A$ 和 $B$,有 $|AB| = |A||B|$ 和 $|BA| = |B||A|$。由于矩阵的行列式是一个标量,标量的乘法是可交换的,所以 $|A||B| = |B||A|$。因此,$ |AB| = |BA| $。
**选项 C: $AB = BA$**
这个陈述是错误的。矩阵的乘法一般不具有可交换性。换句话说,两个矩阵的乘积不一定等于它们以相反顺序的乘积。例如,考虑以下 $2 \times 2$ 矩阵:
\[ A = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}, \quad B = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 1 & 1 \end{pmatrix} \]
那么,
\[ AB = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 1 & 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 1 \end{pmatrix} \]
\[ BA = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 1 & 1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 1 & 2 \end{pmatrix} \]
所以,$ AB \neq BA $。
**选项 D: $(AB)^T = A^T B^T$**
这个陈述是错误的。矩阵乘积的转置是它们的转置以相反顺序的乘积。换句话说,$(AB)^T = B^T A^T$。例如,考虑以下 $2 \times 2$ 矩阵:
\[ A = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{pmatrix}, \quad B = \begin{pmatrix} 5 & 6 \\ 7 & 8 \end{pmatrix} \]
那么,
\[ AB = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 5 & 6 \\ 7 & 8 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 19 & 22 \\ 43 & 50 \end{pmatrix} \]
\[ (AB)^T = \begin{pmatrix} 19 & 43 \\ 22 & 50 \end{pmatrix} \]
\[ A^T = \begin{pmatrix} 1 & 3 \\ 2 & 4 \end{pmatrix}, \quad B^T = \begin{pmatrix} 5 & 7 \\ 6 & 8 \end{pmatrix} \]
\[ A^T B^T = \begin{pmatrix} 1 & 3 \\ 2 & 4 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 5 & 7 \\ 6 & 8 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 23 & 31 \\ 34 & 46 \end{pmatrix} \]
所以,$ (AB)^T \neq A^T B^T $。
因此,正确答案是 $\boxed{B}$。
解析
本题考查矩阵的基本性质,涉及行列式的运算、矩阵乘法的性质以及转置的运算规则。解题的关键在于:
- 行列式的加法性质不成立,即$|A+B| \neq |A| + |B|$;
- 行列式的乘法性质:$|AB| = |A||B|$,且标量乘法满足交换律,因此$|AB| = |BA|$;
- 矩阵乘法不满足交换律,即一般情况下$AB \neq BA$;
- 转置运算的规则:$(AB)^T = B^T A^T$,而非$A^T B^T$。
选项A:$|A+B|=|A|+|B|$
- 错误。行列式对矩阵的加法没有线性性质。例如,取$A=I$(单位矩阵),$B=-I$,则$A+B=O$,但$|A+B|=0 \neq |A| + |B| = 1 + 1 = 2$。
选项B:$|AB|=|BA|$
- 正确。根据行列式的乘法性质,$|AB| = |A||B|$,同理$|BA| = |B||A|$。由于标量乘法满足交换律,故$|AB| = |BA|$。
选项C:$AB=BA$
- 错误。矩阵乘法一般不满足交换律。例如,取$A=\begin{pmatrix}1&1\\0&1\end{pmatrix}$,$B=\begin{pmatrix}1&0\\1&1\end{pmatrix}$,计算得$AB \neq BA$。
选项D:$(AB)^T=A^T B^T$
- 错误。正确公式应为$(AB)^T = B^T A^T$。例如,取$A=\begin{pmatrix}1&2\\3&4\end{pmatrix}$,$B=\begin{pmatrix}5&6\\7&8\end{pmatrix}$,计算得$(AB)^T \neq A^T B^T$。