题目
设 A 与 B 均为 n 阶非零方阵,且满足 AB = O,则 A,B 的秩( )A. 必有一个为零B. 一个小于 n,一个等于 nC. 都等于 nD. 都小于 n
设 $A$ 与 $B$ 均为 $n$ 阶非零方阵,且满足 $AB = O$,则 $A$,$B$ 的秩( )
A. 必有一个为零
B. 一个小于 $n$,一个等于 $n$
C. 都等于 $n$
D. 都小于 $n$
题目解答
答案
D. 都小于 $n$
解析
考查要点:本题主要考查矩阵乘法的秩性质,特别是当两个非零方阵乘积为零矩阵时,它们的秩之间的关系。
解题核心思路:
- 秩的性质:若 $AB=O$,则 $B$ 的列空间包含在 $A$ 的零空间中,从而 $r(B) \leq n - r(A)$。
- 反证法:若 $A$ 或 $B$ 的秩等于 $n$,则其可逆,导致另一矩阵必为零矩阵,与题设矛盾。
- 综合结论:结合上述两点,可推出 $r(A)$ 和 $r(B)$ 均小于 $n$。
破题关键点:
- 矩阵可逆性:若某矩阵满秩,则其可逆,从而通过乘积为零矩阵推出另一矩阵为零矩阵。
- 秩的关系式:利用秩与零度的关系 $r(A) + \text{零度}(A) = n$,结合矩阵乘积的性质推导。
关键结论:
若 $A$ 和 $B$ 均为 $n$ 阶非零方阵且 $AB=O$,则 $r(A) < n$ 且 $r(B) < n$。
分步推导:
-
假设 $r(A) = n$:
若 $A$ 满秩,则 $A$ 可逆。由 $AB=O$,两边左乘 $A^{-1}$ 得 $B = A^{-1}O = O$,与 $B$ 为非零矩阵矛盾。
结论:$r(A) < n$。 -
同理假设 $r(B) = n$:
若 $B$ 满秩,则 $B$ 可逆。由 $AB=O$,两边右乘 $B^{-1}$ 得 $A = OB^{-1} = O$,与 $A$ 为非零矩阵矛盾。
结论:$r(B) < n$。 -
综合结论:
由上述两步可知,$r(A)$ 和 $r(B)$ 均不能等于 $n$,故 都小于 $n$。