题目
矩阵A=(}1&2&32&1&33&3&6)(k≠0)
矩阵$A=\left(\begin{matrix}1&2&3\\2&1&3\\3&3&6\end{matrix}\right)$属于特征值λ=9的全部特征向量为().
A. $k\left(\begin{matrix}-\frac{1}{2}\\ \frac{1}{2}\\1\end{matrix}\right)(k≠0)$
B. $k\left(\begin{matrix}\frac{1}{2}\\\frac{1}{2}\\1\end{matrix}\right)(k≠0)$
题目解答
答案
B. $k\left(\begin{matrix}\frac{1}{2}\\\frac{1}{2}\\1\end{matrix}\right)(k≠0)$
解析
考查要点:本题主要考查矩阵特征值对应的特征向量的求解方法,涉及齐次线性方程组的解法及基础解系的确定。
解题核心思路:
- 构造矩阵 $A - \lambda I$,其中 $\lambda = 9$;
- 解齐次方程组 $(A - 9I)\mathbf{v} = \mathbf{0}$,得到特征向量的一般形式;
- 化简方程组,通过消元法确定基础解系,最终得到特征向量的表达式。
破题关键点:
- 正确计算 $A - 9I$ 的元素;
- 灵活化简方程组,通过消元法找到变量之间的关系;
- 理解特征向量的表示形式,注意非零标量倍数的等价性。
步骤1:构造矩阵 $A - 9I$
$A - 9I = \begin{pmatrix} 1-9 & 2 & 3 \\ 2 & 1-9 & 3 \\ 3 & 3 & 6-9 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -8 & 2 & 3 \\ 2 & -8 & 3 \\ 3 & 3 & -3 \end{pmatrix}$
步骤2:建立齐次方程组
$\begin{cases} -8x + 2y + 3z = 0 \\ 2x - 8y + 3z = 0 \\ 3x + 3y - 3z = 0 \end{cases}$
步骤3:化简方程组
- 第三个方程:
$3x + 3y - 3z = 0 \implies x + y = z$ - 代入前两个方程:
- 第一个方程:
$-8x + 2y + 3(x + y) = 0 \implies -5x + 5y = 0 \implies x = y$ - 第二个方程:
$2x - 8y + 3(x + y) = 0 \implies 5x - 5y = 0 \implies x = y$
- 第一个方程:
- 联立结果:
$x = y, \quad z = x + y = 2x$
步骤4:确定特征向量形式
解向量为:
$\mathbf{v} = x \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ 2 \end{pmatrix} = k \begin{pmatrix} \frac{1}{2} \\ \frac{1}{2} \\ 1 \end{pmatrix} \quad (k \neq 0)$
(通过提取公因子 $\frac{1}{2}$ 简化表达式)