题目
设A为m×n矩阵,B为n×m矩阵,E为m阶单位矩阵,若AB=E,则( )。A. r(A)=m,r(B)=mB. r(A)=m,r(B)=nC. r(A)=n,r(B)=mD. r(A)=n,r(B)=n
设A为m×n矩阵,B为n×m矩阵,E为m阶单位矩阵,若AB=E,则( )。
A. r(A)=m,r(B)=m
B. r(A)=m,r(B)=n
C. r(A)=n,r(B)=m
D. r(A)=n,r(B)=n
题目解答
答案
A. r(A)=m,r(B)=m
解析
考查要点:本题主要考查矩阵乘法的秩的性质,以及矩阵方程中秩的推断能力。
解题核心思路:
- 利用矩阵乘积的秩性质:若$AB=E$,则$AB$的秩为$m$(因为$E$是$m$阶单位矩阵)。
- 秩的传递性:矩阵乘积的秩不超过任一因子的秩,因此$r(A)$和$r(B)$均需至少为$m$。
- 矩阵秩的限制:结合矩阵的行数和列数,进一步确定$r(A)$和$r(B)$的精确值。
破题关键点:
- $A$的列向量组线性无关:由$AB=E$可知,$A$的列向量通过$B$的线性组合生成单位矩阵,因此$r(A)=m$。
- $B$的行向量组线性无关:同理,$B$的行向量需保证乘积后生成单位矩阵,因此$r(B)=m$。
步骤1:分析矩阵乘积的秩
已知$AB=E$,其中$E$是$m$阶单位矩阵,因此$AB$的秩为$m$。根据矩阵乘积的秩性质:
$r(AB) \leq \min\{r(A), r(B)\}$
由于$r(AB)=m$,故必须满足:
$r(A) \geq m \quad \text{且} \quad r(B) \geq m$
步骤2:结合矩阵的行数和列数限制秩
- 矩阵$A$的秩:$A$是$m \times n$矩阵,其秩的最大值为$\min\{m,n\}$。若$r(A) \geq m$,则必须满足$m \leq n$,此时$r(A)=m$。
- 矩阵$B$的秩:$B$是$n \times m$矩阵,其秩的最大值为$\min\{n,m\}$。同理,若$r(B) \geq m$,则必须满足$m \leq n$,此时$r(B)=m$。
步骤3:验证选项
- 选项A:$r(A)=m$,$r(B)=m$,符合上述推导。
- 其他选项:
- 选项B中$r(B)=n$,但$m \leq n$时$r(B)$最大为$m$,矛盾。
- 选项C、D中$r(A)=n$或$r(B)=n$,均超过矩阵秩的最大可能值,错误。