A 是一个三阶实矩阵,它的特征值 λ1 , λ2 , λ3 互不相同, α1 , α2 , α3 分别是相应的特征向量,则下述结论正确的是 () A. A 一定相似于对角阵 B. A 可逆 C. α1 , α2 , α3 相互正交 D. α1 , α2 , α3 可能线性相关
A.
B.
C.
D.
题目解答
答案
选项
故其特征向量
从而
选项
因为
故仅当
选项
由特征向量的性质
并不能得到其正交性。
故其特征向量
综上,正确的选项为A.
故选:A.
解析
考查要点:本题主要考查矩阵特征值与特征向量的性质,特别是不同特征值对应的特征向量的线性相关性、矩阵可对角化的条件、矩阵可逆的条件,以及特征向量的正交性。
解题核心思路:
- 不同特征值对应的特征向量线性无关:若矩阵有n个不同的特征值,则对应的特征向量线性无关,且矩阵可对角化。
- 矩阵可逆的条件:矩阵可逆当且仅当其行列式不为零,而行列式等于所有特征值的乘积。
- 特征向量的正交性:仅当矩阵为实对称矩阵时,不同特征值对应的特征向量正交;一般矩阵不保证正交性。
破题关键点:
- 选项A:利用不同特征值对应的特征向量线性无关,可构造相似变换矩阵。
- 选项B:需验证特征值是否全非零。
- 选项C:明确正交性依赖于矩阵的特殊结构(如实对称)。
- 选项D:直接由特征向量线性无关性否定。
选项A分析
关键结论:若矩阵有n个不同的特征值,则其对应的特征向量线性无关,且矩阵可对角化。
由于A是三阶实矩阵,且特征值$\lambda_1, \lambda_2, \lambda_3$互不相同,因此$\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3$线性无关。取矩阵$P = (\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3)$,则$P$可逆,且$P^{-1}AP$为对角阵。因此选项A正确。
选项B分析
关键结论:矩阵可逆当且仅当其行列式非零,而$|A| = \lambda_1 \lambda_2 \lambda_3$。
若存在某个$\lambda_i = 0$,则$|A| = 0$,此时A不可逆。题目未说明特征值均非零,因此选项B不一定成立。
选项C分析
关键结论:仅当矩阵为实对称矩阵时,不同特征值对应的特征向量正交。
题目中A仅为实矩阵,未说明是对称矩阵,因此$\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3$不一定正交,选项C错误。
选项D分析
关键结论:不同特征值对应的特征向量线性无关。
由于$\lambda_1, \lambda_2, \lambda_3$互不相同,$\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3$必然线性无关,因此选项D错误。