设A为3阶矩阵,α1 ,α2,α3为线性无关的向量组.若 (a)_(1)=2(a)_(1)+(a)_(2)+(a)_(3) (a)_(2)=(a)_(2)+2(a)_(3),-|||-(a)_(3)=-(a)_(2)+(a)_(3), 则A的实特征值为 __
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查矩阵的特征值求解,涉及矩阵的相似变换和特征多项式的计算。
解题核心思路:
- 构造矩阵表示:利用给定的向量组作为基,将矩阵$A$的作用表示为基下的坐标矩阵。
- 相似矩阵性质:通过基变换矩阵$P$,将原矩阵$A$与构造的矩阵相似,从而特征值相同。
- 特征方程求解:计算构造矩阵的特征多项式,求出实特征值。
破题关键点:
- 正确构造矩阵:根据$A$作用在基向量上的结果,写出矩阵的列向量。
- 行列式展开技巧:利用分块矩阵或第一行展开简化行列式的计算。
构造矩阵表示
设基向量组为$P=(\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3)$,根据题意:
$A\alpha_1 = 2\alpha_1 + \alpha_2 + \alpha_3, \quad A\alpha_2 = \alpha_2 + 2\alpha_3, \quad A\alpha_3 = -\alpha_2 + \alpha_3$
矩阵$A$在基$P$下的表示为:
$B = \begin{pmatrix}2 & 0 & 0 \\1 & 1 & -1 \\1 & 2 & 1\end{pmatrix}$
相似矩阵与特征值
由于$P$可逆,$A$与$B$相似,即$P^{-1}AP = B$,因此$A$和$B$具有相同的特征值。
求解特征方程
特征多项式为:
$|\lambda I - B| = \begin{vmatrix}\lambda - 2 & 0 & 0 \\-1 & \lambda - 1 & 1 \\-1 & -2 & \lambda - 1\end{vmatrix}$
按第一行展开:
$(\lambda - 2) \cdot \begin{vmatrix}\lambda - 1 & 1 \\-2 & \lambda - 1\end{vmatrix} = (\lambda - 2)[(\lambda - 1)^2 + 2]$
化简得:
$(\lambda - 2)(\lambda^2 - 2\lambda + 3) = 0$
解得$\lambda = 2$(实根),$\lambda^2 - 2\lambda + 3 = 0$无实根。因此,实特征值为2。