题目
设 λ1,λ2,···,λm 是方阵 λ1,λ2,···,λm 的 λ1,λ2,···,λm 个互不相同的特征值,λ1,λ2,···,λm 依次是与之对应的特征向量,则λ1,λ2,···,λm 线性无关。λ1,λ2,···,λmλ1,λ2,···,λm正确λ1,λ2,···,λm错误
设
是方阵
的
个互不相同的特征值,
依次是与之对应的特征向量,则
线性无关。
正确
错误
题目解答
答案
解:
由题意,根据矩阵的特征值与特征向量的定理:
设
是
阶方阵
的
个互不相同的特征值,
依次是与之对应的特征向量,则
线性无关。
综上,故原命题正确,故选择
项。
解析
考查要点:本题主要考查矩阵特征值与特征向量的线性相关性定理,特别是不同特征值对应的特征向量的线性无关性。
解题核心思路:
关键定理:若方阵的多个特征值互不相同,则对应的不同特征值的特征向量必然线性无关。
破题关键:通过假设特征向量线性相关,推导出矛盾,从而证明其线性无关性。
定理回顾:
设 $\lambda_1, \lambda_2, \dots, \lambda_m$ 是方阵 $A$ 的 $m$ 个互不相同的特征值,对应的特征向量分别为 $p_1, p_2, \dots, p_m$。若存在线性关系 $\sum_{i=1}^m k_i p_i = 0$(其中 $k_i$ 不全为零),则必然导致 $\lambda_i = \lambda_j$($i \neq j$),与题设矛盾。因此,$p_1, p_2, \dots, p_m$ 必线性无关。
具体推导:
- 假设线性相关:若 $p_1, p_2, \dots, p_m$ 线性相关,则存在不全为零的系数 $k_1, k_2, \dots, k_m$,使得 $\sum_{i=1}^m k_i p_i = 0$。
- 作用矩阵 $A$:对等式两边作用 $A$,得 $\sum_{i=1}^m k_i A p_i = \sum_{i=1}^m k_i \lambda_i p_i = 0$。
- 构造矛盾:原等式为 $\sum_{i=1}^m k_i p_i = 0$,两式联立可得 $\sum_{i=1}^m k_i (\lambda_i - \lambda_j) p_i = 0$(任选一 $\lambda_j$),最终推导出 $\lambda_i = \lambda_j$,与特征值互异矛盾。
- 结论:假设不成立,故特征向量线性无关。