题目
设A,B为n 阶矩阵,若( ),则A 与B 合同.A. 存在n阶可逆矩阵 P,Q 且 PAQ = B B. 存在n阶可逆矩阵 P ,且 (P^ - 1)AP = B C. 存在n阶正交矩阵 Q ,且 (Q^ - 1)AQ = B D. 存在n阶方阵 C,T ,且 CAT = B
设A,B为n 阶矩阵,若( ),则A 与B 合同.
A. 存在n阶可逆矩阵$ P,Q $且$ PAQ = B $
B. 存在n阶可逆矩阵$ P $,且 $ {P^{ - 1}}AP = B $
C. 存在n阶正交矩阵$ Q $,且 $ {Q^{ - 1}}AQ = B $
D. 存在n阶方阵$ C,T $,且$ CAT = B $
题目解答
答案
C. 存在n阶正交矩阵$ Q $,且 $ {Q^{ - 1}}AQ = B $
解析
矩阵合同的定义是:存在可逆矩阵$P$,使得$P^T A P = B$。其核心在于通过可逆矩阵的转置将$A$变换为$B$。选项中需满足这一结构。
关键点:
- 合同与相似的区别:相似是$P^{-1}AP = B$,而合同需要$P^T$参与。
- 正交矩阵的特殊性:正交矩阵满足$Q^{-1} = Q^T$,因此$Q^{-1}AQ = Q^TAQ$,直接符合合同形式。
选项分析
选项A
- 条件:存在可逆矩阵$P,Q$,使得$PAQ = B$。
- 分析:此为矩阵等价的定义,而非合同。合同要求同一可逆矩阵的转置,而非不同矩阵$P$和$Q$。
选项B
- 条件:存在可逆矩阵$P$,使得$P^{-1}AP = B$。
- 分析:此为相似变换,与合同无关。相似仅说明$A$与$B$有相同的特征值,但无法保证合同。
选项C
- 条件:存在正交矩阵$Q$,使得$Q^{-1}AQ = B$。
- 分析:正交矩阵满足$Q^{-1} = Q^T$,因此等式可改写为$Q^TAQ = B$,完全符合合同定义。
选项D
- 条件:存在方阵$C,T$,使得$CAT = B$。
- 分析:未限定$C,T$的可逆性,且结构不符合合同的定义式$P^TAP$。