16.(判断题,5.0分)A=}1&1&01&k&00&0&k^2是正定矩阵,则k的取值范围是k>1A. 对B. 错
A. 对
B. 错
题目解答
答案
解析
本题考查正定矩阵的判定知识。解题思路是根据正定矩阵的性质,一个矩阵为正定矩阵的充要条件是它的所有顺序主子式都大于零。我们需要分别计算矩阵$A=\begin{pmatrix}1&1&0\\1&k&0\\0&0&k^{2}\end{pmatrix}$的一阶、二阶和三阶顺序主子式,并让它们都大于零,从而确定$k$的取值范围。
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计算一阶顺序主子式:
一阶顺序主子式就是矩阵的第一个元素,即$a_{11}=1$。
因为$1\gt{}0$,所以一阶顺序主子式恒大于零,此条件对$k$无限制。 -
计算二阶顺序主子式:
二阶顺序主子式为矩阵左上角的二阶子矩阵的行列式,即$\begin{vmatrix}1&1\\1&k\end{vmatrix}$。
根据二阶行列式的计算公式$\begin{vmatrix}a&b\\c&d\end{vmatrix}=ad - bc$,可得$\begin{vmatrix}1&1\\1&k\end{vmatrix}=1\times k - 1\times1=k - 1$。
要使二阶顺序主子式大于零,则$k - 1\gt{}0$,移项可得$k\gt{}1$。 -
计算三阶顺序主子式:
三阶顺序主子式就是矩阵$A$的行列式$\det(A)$。
对于矩阵$A=\begin{pmatrix}1&1&0\\1&k&0\\0&0&k^{2}\end{pmatrix}$,按第三列展开行列式,可得$\det(A)=k^{2}\begin{vmatrix}1&1\\1&k\end{vmatrix}$。
由前面计算可知$\begin{vmatrix}1&1\\1&k\end{vmatrix}=k - 1$,所以$\det(A)=k^{2}(k - 1)$。
要使三阶顺序主子式大于零,即$k^{2}(k - 1)\gt{}0$。
因为$k^{2}\geq0$,且当$k = 0$时,$k^{2}(k - 1)=0$不满足大于零的条件,所以$k\neq0$,此时$k^{2}\gt{}0$。
那么要使$k^{2}(k - 1)\gt{}0$成立,只需$k - 1\gt{}0$,移项可得$k\gt{}1$。综合以上三个顺序主子式的条件,只有当$k\gt{}1$时,矩阵$A$的所有顺序主子式都大于零,矩阵$A$才是正定矩阵。所以题目中“$k\gt{}1$”的取值范围正确。