如果为对角形矩阵,则与可交换的矩阵只能是对角矩阵。A.对B.错
如果为对角形矩阵,则与
可交换的矩阵只能是对角矩阵。
A.对
B.错
题目解答
答案
举反例,设,为对角形矩阵,设
,根据矩阵的乘法运算法则,有
,
,
故有,根据可交换矩阵的定义可得
与
为可交换矩阵,而
不是对角矩阵,故题目中的说法错误,应选B选项。
解析
考查要点:本题主要考查对角矩阵与可交换矩阵的关系,以及反例的构造能力。
解题核心思路:
题目断言“若矩阵$A$为对角矩阵,则与$A$可交换的矩阵只能是对角矩阵”。要判断其正确性,需理解对角矩阵的结构特点及可交换矩阵的定义。关键在于:
- 对角矩阵的非对角线元素均为0,且若所有对角线元素相等,则该矩阵为标量矩阵,此时任何矩阵与其可交换。
- 若对角矩阵存在不同对角线元素,则与之可交换的矩阵必须是对角矩阵;但若所有对角线元素相同,则存在非对角矩阵与之可交换。
破题关键点:
构造一个对角矩阵$A$(所有对角线元素相等)和一个非对角矩阵$B$,验证$AB=BA$,从而推翻原命题。
反例构造:
设对角矩阵$A = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}$(即单位矩阵,所有对角线元素均为1),非对角矩阵$B = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 1 & 1 \end{pmatrix}$。
验证过程:
-
计算$AB$:
$AB = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 1 & 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 \cdot 1 + 0 \cdot 1 & 1 \cdot 1 + 0 \cdot 1 \\ 0 \cdot 1 + 1 \cdot 1 & 0 \cdot 1 + 1 \cdot 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 1 & 1 \end{pmatrix}$ -
计算$BA$:
$BA = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 1 & 1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 \cdot 1 + 1 \cdot 0 & 1 \cdot 0 + 1 \cdot 1 \\ 1 \cdot 1 + 1 \cdot 0 & 1 \cdot 0 + 1 \cdot 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 1 & 1 \end{pmatrix}$
结论:
$AB = BA$,但$B$显然不是对角矩阵,因此原命题错误。