题目
若A、B都是n阶矩阵,且A·B=0,则A的秩< n。(10分)A.正确B.错误
若A、B都是n阶矩阵,且A·B=0,则A的秩< n。
(10分)
A.正确
B.错误
题目解答
答案
为了确定给定陈述的正确性,我们需要分析矩阵$A$和$B$的性质以及它们的乘积。陈述如下:若$A$和$B$都是$n$阶矩阵,且$A \cdot B = 0$,则$A$的秩小于$n$。
让我们逐步分析:
1. **理解矩阵乘积$A \cdot B = 0$**:
- 矩阵乘积$A \cdot B = 0$意味着$B$的每一列都是齐次线性方程组$A \mathbf{x} = \mathbf{0}$的解。
- 换句话说,$B$的列向量位于$A$的零空间中。
2. **$A$的秩与$A$的零空间**:
- 矩阵$A$的秩是$A$的线性独立列向量的数量。
- $A$的零空间是所有满足$A \mathbf{x} = \mathbf{0}$的向量$\mathbf{x}$的集合。
- $A$的秩和$A$的零空间的维数之和等于$A$的列数(这是秩-零化度定理)。对于$n$阶矩阵$A$,我们有:
\[
\text{秩}(A) + \text{零化度}(A) = n
\]
- 由于$B$的列向量位于$A$的零空间中,且$B$是一个$n$阶矩阵,如果$B \neq 0$,那么$A$的零空间中至少有一个非零向量。这意味着$A$的零化度至少为1。
3. **结论**:
- 如果$A$的零化度至少为1,那么根据秩-零化度定理,$A$的秩最多为$n-1$。
- 因此,$A$的秩小于$n$。
然而,陈述没有指定$B \neq 0$。如果$B = 0$,那么$A \cdot B = 0$对于任何矩阵$A$都成立,包括满秩矩阵(即,$\text{秩}(A) = n$)。因此,陈述并不总是正确的。
因此,正确答案是:
\[
\boxed{B}
\]
解析
考查要点:本题主要考查矩阵乘积为零矩阵时,矩阵秩的性质,以及秩-零化度定理的应用。
解题核心思路:
- 矩阵乘积为零的含义:若$A \cdot B = 0$,则$B$的每一列均为齐次方程组$A\mathbf{x} = \mathbf{0}$的解,即$B$的列向量属于$A$的零空间。
- 秩-零化度定理:$\text{秩}(A) + \text{零化度}(A) = n$。若$A$的零空间非平凡(即存在非零向量),则$\text{秩}(A) < n$。
- 关键例外:若$B$本身为零矩阵,则无论$A$是否满秩,$A \cdot B = 0$均成立,此时结论不成立。
破题关键:
- 明确$B$是否为零矩阵:题目未限制$B \neq 0$,因此需考虑$B = 0$的情况。
- 反例验证:通过构造$A$为满秩矩阵(如单位矩阵)且$B = 0$,说明原命题不成立。
步骤1:分析矩阵乘积为零的条件
若$A \cdot B = 0$,则$B$的每一列均为$A\mathbf{x} = \mathbf{0}$的解,即$B$的列向量属于$A$的零空间。若$B \neq 0$,则$A$的零空间维数(零化度)至少为1,根据秩-零化度定理,$\text{秩}(A) \leq n - 1$,即$\text{秩}(A) < n$。
步骤2:考虑$B = 0$的特殊情况
若$B = 0$,则无论$A$是否为满秩矩阵,均有$A \cdot B = 0$。例如,取$A$为$n$阶单位矩阵$I$,此时$\text{秩}(A) = n$,但$I \cdot 0 = 0$,满足条件。此时结论$\text{秩}(A) < n$不成立。
步骤3:综合判断
由于题目未限制$B \neq 0$,存在$B = 0$的情况使得结论不成立,因此原命题错误。