题目
已知α=(1,-3,2)T,β=(0,1,-1)T,矩阵A=2βαT+7E,则矩阵A的最小特征值的特征向量是A. α.B. β.C. α+β.D. α-β.
已知α=(1,-3,2)T,β=(0,1,-1)T,矩阵A=2βαT+7E,则矩阵A的最小特征值的特征向量是
A. α.
B. β.
C. α+β.
D. α-β.
题目解答
答案
B. β.
解析
考查要点:本题主要考查矩阵的特征值与特征向量的性质,特别是秩1矩阵与标量矩阵组合后的特征值分析。
解题核心思路:
- 矩阵分解:将矩阵$A$分解为秩1矩阵$2\beta\alpha^T$与标量矩阵$7E$的和。
- 秩1矩阵特征值:秩1矩阵$\beta\alpha^T$的非零特征值为$\alpha^T\beta$,对应的特征向量为$\beta$。
- 特征值平移:标量矩阵$7E$使所有特征值增加7,从而确定$A$的最小特征值及其对应的特征向量。
破题关键点:
- 秩1矩阵的特征向量:$\beta\alpha^T$的非零特征向量为$\beta$。
- 特征值的平移关系:$A$的最小特征值由秩1矩阵的非零特征值平移得到,对应特征向量仍为$\beta$。
矩阵分解与特征值分析
-
分解矩阵$A$:
$A = 2\beta\alpha^T + 7E$
其中,$2\beta\alpha^T$是秩1矩阵,$7E$是标量矩阵。 -
秩1矩阵$\beta\alpha^T$的特征值:
- 非零特征值:$\alpha^T\beta = 1 \cdot 0 + (-3) \cdot 1 + 2 \cdot (-1) = -5$。
- 对应特征向量:$\beta$(验证:$\beta\alpha^T \beta = \beta (\alpha^T\beta) = -5\beta$)。
- 其他特征值:其余两个特征值为0,对应与$\beta$正交的向量。
-
标量矩阵$7E$的作用:
- 所有特征值增加7:
- 原非零特征值$-5$变为$-5 \times 2 + 7 = -3$(注意$2\beta\alpha^T$的非零特征值为$2 \times (-5) = -10$,再加7得$-3$)。
- 原0特征值变为7(二重特征值)。
- 所有特征值增加7:
-
最小特征值:
- $A$的特征值为$-3$和$7$,最小特征值为$-3$,对应特征向量为$\beta$。