题目
下列关于等价矩阵说法不正确的是()。A. 若 n 阶方阵 A, B 等价,则其必与 AB 等价B. m times n 阶同型矩阵 A, B 等价的充分必要条件是存在 m 阶可逆矩阵 P 和 n 阶可逆矩阵 Q,使得 PAQ=BC. 方阵 A 可逆的充分必要条件是存在有限个初等矩阵 P_1, P_2, ..., P_l,使 A=P_1P_2... P_lD. 方阵 A 可逆的充分必要条件是 A 等价于单位矩阵 E
下列关于等价矩阵说法不正确的是()。
A. 若 $n$ 阶方阵 $A, B$ 等价,则其必与 $AB$ 等价
B. $m \times n$ 阶同型矩阵 $A, B$ 等价的充分必要条件是存在 $m$ 阶可逆矩阵 $P$ 和 $n$ 阶可逆矩阵 $Q$,使得 $PAQ=B$
C. 方阵 $A$ 可逆的充分必要条件是存在有限个初等矩阵 $P_1, P_2, \cdots, P_l$,使 $A=P_1P_2\cdots P_l$
D. 方阵 $A$ 可逆的充分必要条件是 $A$ 等价于单位矩阵 $E$
题目解答
答案
A. 若 $n$ 阶方阵 $A, B$ 等价,则其必与 $AB$ 等价
解析
本题主要考查等价矩阵的相关知识,解题的关键在于对等价矩阵的定义、性质以及可逆矩阵与初等矩阵关系的理解和运用,通过对每个选项依据相关定理和性质进行分析判断。
- 选项A:
- 已知$n$阶方阵$A$,$B$等价,根据等价矩阵的性质可知$r(A)=r(B)$。
- 但是矩阵乘法$AB$的秩并不一定与$A$和$B$的秩相等,根据矩阵秩的性质有$r(AB)\leq\min\{r(A),r(B)\}$。
- 例如,设$A=\begin{pmatrix}1&0\\0&0\end{pmatrix}$,$B=\begin{pmatrix}0&0\\0&1\end{pmatrix}$,$A$和$B$都是$2$阶方阵,且$r(A)=r(B)=1$,所以$A$和$B$等价。
- 而$AB=\begin{pmatrix}1&0\\0&0\end{pmatrix}\begin{pmatrix}0&0\\0&1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0&0\\0&0\end{pmatrix}$,$r(AB)=0$,$r(AB)\neq r(A)=r(B)$,所以$A$,$B$与$AB$不等价,该选项错误。
- 选项B:
- 根据等价矩阵的定义,$m\times n$阶同型矩阵$A$,$B$等价的充分必要条件是$r(A)=r(B)$。
- 又因为存在$m$阶可逆矩阵$P$和$n$阶可逆矩阵$Q$,使得$PAQ = B$时,可逆矩阵$P$和$Q$进行的是初等变换,初等变换不改变矩阵的秩,即$r(A)=r(PAQ)=r(B)$;反之,若$r(A)=r(B)$,则$A$和$B$可通过初等变换相互转化,也就是存在可逆矩阵$P$和$Q$使得$PAQ = B$,所以该选项正确。
- 选项C:
- 方阵$A$可逆的充分必要条件是$A$可以表示为有限个初等矩阵的乘积。
- 因为可逆矩阵可以通过一系列初等行变换化为单位矩阵,而每一次初等行变换都相当于左乘一个初等矩阵,设对$A$进行$l$次初等行变换化为单位矩阵$E$,即$P_l\cdots P_2P_1A = E$,那么$A = P_1^{-1}P_2^{-1}\cdots P_l^{-1}$,由于初等矩阵的逆矩阵还是初等矩阵,所以$A$可以表示为有限个初等矩阵的乘积,该选项正确。
- 选项D:
- 方阵$A$可逆的充分必要条件是$r(A)=n$($n$为方阵$A$的阶数)。
- 而单位矩阵$E$的秩为$n$,若$A$等价于单位矩阵$E$,则$r(A)=r(E)=n$,所以$A$可逆;反之,若$A$可逆,则$r(A)=n$,$A$可通过初等变换化为单位矩阵$E$,即$A$等价于单位矩阵$E$,该选项正确。