题目
设三阶方阵 A 的特征值为 -2, -1, 1,则下列矩阵中为可逆矩阵的是A. A-EB. A+EC. 2E-AD. 2E+A
设三阶方阵 $A$ 的特征值为 $-2, -1, 1$,则下列矩阵中为可逆矩阵的是
A. $A-E$
B. $A+E$
C. $2E-A$
D. $2E+A$
题目解答
答案
C. $2E-A$
解析
本题考查方阵可逆的判定以及方阵特征值的性质。解题的关键思路是利用方阵可逆的充要条件是其行列式不为零,再结合方阵特征值与行列式的关系,通过求出各选项矩阵的特征值,进而判断其行列式是否为零。
步骤一:明确方阵特征值与行列式的关系
若$n$阶方阵$A$的特征值为$\lambda_1,\lambda_2,\cdots,\lambda_n$,则$\vert A\vert=\lambda_1\lambda_2\cdots\lambda_n$。方阵$A$可逆的充要条件是$\vert A\vert\neq0$,也就是其所有特征值都不为$0$。
步骤二:求已知方阵$A$的特征多项式
已知三阶方阵$A$的特征值为$\lambda_1 = -2$,$\lambda_2 = -1$,$\lambda_3 = 1$,则$A$的特征多项式为$f(\lambda)=\vert\lambda E - A\vert=(\lambda + 2)(\lambda + 1)(\lambda - 1)$。
步骤三:分别求各选项矩阵的特征值
- 选项A:求$A - E$的特征值
设$\mu$是$A - E$的特征值,$\lambda$是$A$的特征值,则$\mu=\lambda - 1$。
将$A$的特征值$\lambda_1 = -2$,$\lambda_2 = -1$,$\lambda_3 = 1$分别代入$\mu=\lambda - 1$,可得$A - E$的特征值为:
$\mu_1=-2 - 1=-3$,$\mu_2=-1 - 1=-2$,$\mu_3=1 - 1=0$。
因为$A - E$有一个特征值为$0$,所以$\vert A - E\vert = 0$,$A - E$不可逆。 - 选项B:求$A + E$的特征值
设$\mu$是$A + E$的特征值,$\lambda$是$A$的特征值,则$\mu=\lambda + 1$。
将$A$的特征值$\lambda_1 = -2$,$\lambda_2 = -1$,$\lambda_3 = 1$分别代入$\mu=\lambda + 1$,可得$A + E$的特征值为:
$\mu_1=-2 + 1=-1$,$\mu_2=-1 + 1=0$,$\mu_3=1 + 1=2$。
因为$A + E$有一个特征值为$0$,所以$\vert A + E\vert = 0$,$A + E$不可逆。 - 选项C:求$2E - A$的特征值
设$\mu$是$2E - A$的特征值,$\lambda$是$A$的特征值,则$\mu = 2 - \lambda$。
将$A$的特征值$\lambda_1 = -2$,$\lambda_2 = -1$,$\lambda_3 = 1$分别代入$\mu = 2 - \lambda$,可得$2E - A$的特征值为:
$\mu_1=2 - (-2)=4$,$\mu_2=2 - (-1)=3$,$\mu_3=2 - 1=1$。
因为$2E - A$的所有特征值都不为$0$,所以$\vert 2E - A\vert = 4\times3\times1 = 12\neq0$,$2E - A$可逆。 - 选项D:求$2E + A$的特征值
设$\mu$是$2E + A$的特征值,$\lambda$是$A$的特征值,则$\mu = 2 + \lambda$。
将$A$的特征值$\lambda_1 = -2$,$\lambda_2 = -1$,$\lambda_3 = 1$分别代入$\mu = 2 + \lambda$,可得$2E + A$的特征值为:
$\mu_1=2 + (-2)=0$,$\mu_2=2 + (-1)=1$,$\mu_3=2 + 1=3$。
因为$2E + A$有一个特征值为$0$,所以$\vert 2E + A\vert = 0$,$2E + A$不可逆。