设A= (} 1& -1& 0 0& 1& -1 -1& 0& 1 ) .,AX=2X+A,求X。.
设
,AX=2X+A,求X。
题目解答
答案
解:由AX=2X+A得:X=
=
解析
考查要点:本题主要考查矩阵方程的求解,涉及矩阵的线性运算、逆矩阵的概念及计算。
解题核心思路:将方程整理为形如$(A - 2E)X = A$,若矩阵$A - 2E$可逆,则解为$X = (A - 2E)^{-1}A$。关键在于验证矩阵$A - 2E$的可逆性,并正确计算其逆矩阵。
破题关键点:
- 方程变形:将原方程$AX = 2X + A$移项为$(A - 2E)X = A$。
- 可逆性判断:计算矩阵$A - 2E$的行列式,确认其非零,从而可逆。
- 逆矩阵计算:通过行变换法求逆矩阵,并最终计算乘积得到$X$。
步骤1:方程变形
原方程$AX = 2X + A$可变形为:
$(A - 2E)X = A$
其中$E$为单位矩阵。
步骤2:构造矩阵$A - 2E$
计算得:
$A - 2E = \begin{pmatrix} -1 & -1 & 0 \\ 0 & -1 & -1 \\ -1 & 0 & -1 \end{pmatrix}$
步骤3:验证可逆性
计算行列式$\det(A - 2E)$:
$\det(A - 2E) = -1 \cdot \det\begin{pmatrix} -1 & -1 \\ 0 & -1 \end{pmatrix} + (-1) \cdot \det\begin{pmatrix} 0 & -1 \\ -1 & -1 \end{pmatrix} = -1 \cdot 1 + (-1) \cdot (-1) = -2 \neq 0$
因此,矩阵$A - 2E$可逆。
步骤4:求逆矩阵$(A - 2E)^{-1}$
通过行变换法求得:
$(A - 2E)^{-1} = \begin{pmatrix} -0.5 & 0.5 & -0.5 \\ -0.5 & -0.5 & 0.5 \\ 0.5 & -0.5 & -0.5 \end{pmatrix}$
步骤5:计算$X$
$X = (A - 2E)^{-1}A = \begin{pmatrix} 0 & 1 & -1 \\ -1 & 0 & 1 \\ 1 & -1 & 0 \end{pmatrix}$