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数学
题目

设方阵 A、B、C 满足 AB = AC,当 A 满足( )时,B = C。A. AB = BAB. |A| neq 0C. 方程组 AX = 0 有非零解D. B、C 可逆

设方阵 A、B、C 满足 AB = AC,当 A 满足( )时,B = C。 A. AB = BA B. $|A| \neq 0$ C. 方程组 AX = 0 有非零解 D. B、C 可逆

题目解答

答案

我们来一步一步分析这个题目。

题目给出:
设方阵 $ A $、$ B $、$ C $ 满足 $ AB = AC $,问在什么条件下可以推出 $ B = C $。

第一步:理解题设

已知:
$AB = AC$
我们想推出:
$B = C$

从 $ AB = AC $ 出发,我们可以移项:
$AB - AC = 0 \Rightarrow A(B - C) = 0$

我们希望从 $ A(B - C) = 0 $ 推出 $ B - C = 0 $,即 $ B = C $。

也就是说,我们希望:
当 $ A(B - C) = 0 $ 时,必须有 $ B - C = 0 $。

这只有在 矩阵 $ A $ 不会把一个非零矩阵变成零矩阵 的情况下才成立,换句话说,矩阵 $ A $ 是“可逆”的,或者更准确地说,左乘 $ A $ 是一个“单射”操作。

第二步:分析选项

我们逐个分析选项:

A. $ AB = BA $

这个条件说的是 $ A $ 与 $ B $ 可交换。但题目中我们关心的是从 $ AB = AC $ 推出 $ B = C $,这与 $ A $ 和 $ B $ 是否可交换没有直接关系。而且这个条件只涉及 $ A $ 和 $ B $,没有涉及 $ C $,也不足以保证 $ B = C $。

反例:取 $ A = 0 $(零矩阵),则对任意 $ B, C $ 都有 $ AB = AC = 0 $,但 $ B \ne C $ 也可能成立。即使 $ AB = BA $,也无法推出 $ B = C $。

所以 A 不正确。

B. $ |A| \ne 0 $

这个条件表示:矩阵 $ A $ 的行列式不为零,即 $ A $ 是可逆矩阵。

如果 $ A $ 可逆,那么我们可以对等式 $ AB = AC $ 两边左乘 $ A^{-1} $:

$A^{-1}(AB) = A^{-1}(AC) \Rightarrow (A^{-1}A)B = (A^{-1}A)C \Rightarrow IB = IC \Rightarrow B = C$

所以,当 $ |A| \ne 0 $ 时,确实可以从 $ AB = AC $ 推出 $ B = C $。

这正是我们想要的条件。

所以 B 是正确选项。

C. 方程组 $ AX = 0 $ 有非零解

这个条件意味着:存在非零向量 $ X $ 使得 $ AX = 0 $,即齐次线性方程组有非平凡解。

这等价于:矩阵 $ A $ 不可逆,即 $ |A| = 0 $。

如果 $ A $ 不可逆,那么 $ A(B - C) = 0 $ 不一定推出 $ B - C = 0 $,即可能存在 $ B \ne C $ 但 $ AB = AC $。

例如,取 $ A = 0 $,则对任意 $ B, C $ 都有 $ AB = AC $,但 $ B $ 和 $ C $ 可以不同。

所以这个条件下 不能推出 $ B = C $,反而说明可能推不出。

所以 C 不正确。

D. $ B $、$ C $ 可逆

这个条件说的是 $ B $ 和 $ C $ 可逆,但我们要从 $ AB = AC $ 推出 $ B = C $,而 $ B $、$ C $ 是否可逆与这个推导无关。

反例:设 $ A = 0 $,$ B = I $,$ C = 2I $,则 $ B $、$ C $ 都可逆,但 $ AB = 0 = AC $,而 $ B \ne C $。

所以即使 $ B $、$ C $ 可逆,也不能保证 $ B = C $。

所以 D 不正确。

第三步:结论

只有当 $ A $ 可逆(即 $ |A| \ne 0 $)时,才能从 $ AB = AC $ 推出 $ B = C $。

✅ 正确答案是:

$\boxed{B}$

解析

考查要点:本题主要考查矩阵方程的性质及矩阵可逆的条件。关键在于理解矩阵可逆性对等式推导的影响。

解题核心思路:
从等式 $AB=AC$ 出发,通过移项得到 $A(B-C)=0$。要使 $B=C$,必须保证当 $A(B-C)=0$ 时,$B-C$ 必须为零矩阵。这需要矩阵 $A$ 具有可逆性,即 $A$ 的行列式非零,从而避免存在非零解的情况。

破题关键点:

  • 选项 B($|A| \neq 0$) 是唯一能保证 $A$ 可逆的条件,从而通过左乘逆矩阵直接推出 $B=C$。
  • 其他选项(如方程组有非零解或矩阵可交换性)均无法消除 $A$ 的“退化”情况,无法确保唯一解。

选项分析

选项 A:$AB = BA$

  • 分析:该条件仅说明 $A$ 与 $B$ 可交换,但与 $B=C$ 的推导无关。
  • 反例:若 $A$ 为零矩阵,则对任意 $B, C$ 均有 $AB=AC=0$,但 $B \neq C$ 仍可能成立。

选项 B:$|A| \neq 0$

  • 分析:若 $A$ 可逆(行列式非零),则对等式 $AB=AC$ 两边左乘 $A^{-1}$:
    $A^{-1}(AB) = A^{-1}(AC) \implies B = C$
  • 结论:此条件能唯一确定 $B=C$。

选项 C:方程组 $AX=0$ 有非零解

  • 分析:该条件等价于 $A$ 不可逆(行列式为零)。此时存在非零矩阵 $D$ 使得 $AD=0$,即 $B-C=D \neq 0$,导致 $B \neq C$。

选项 D:$B, C$ 可逆

  • 分析:即使 $B, C$ 可逆,若 $A$ 为零矩阵,则 $AB=AC=0$ 对任意 $B, C$ 成立,但 $B \neq C$ 仍可能成立。

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