题目
8.证明n阶矩阵A是奇异矩阵的充分必要条件是A有一个特征值为零.

题目解答
答案

解析
本题考察奇异矩阵与特征值的关系,核心是通过矩阵行列式是否为零以及特征值的定义来建立等价条件。
必要性证明(若$A$是奇异矩阵,则$A$有一个特征值为零)
奇异矩阵的定义是行列式$|A|=0$。根据特征值的定义,$\lambda$是$A$的特征值当且仅当$|\lambda E - A|=0$。
当$\lambda=0$时,行列式$|0 \cdot E - A|=|-A|=(-1)^n|A|$。由于$|A|=0$,则$|-A|=0$,即$|0E - A|=0$,故$0$是$A$的特征值。
充分性证明(若$A$有一个特征值为零,则$A$是奇异矩阵)
若$0$是$A$的特征值,则存在非零向量$x$(特征向量)满足$Ax=0x$,即$Ax=0$。
这说明齐次线性方程组$Ax=0$有非零解,根据线性代数理论,齐次方程组$Ax=0$有非零解的充要条件是$|A|=0$,因此$A$是奇异矩阵。