题目
设A和B均为n阶矩阵,且(A-B)^2=A^2-2AB+B^2,则必有____ A)A.=E B)B.=E C.)A=B D.)AB=BA
设A和B均为n阶矩阵,且$(A-B)^{2}=A^{2}-2AB+B^{2}$,则必有____ A)
A.=E B)
B.=E
C.)A=B
D.)AB=BA
A.=E B)
B.=E
C.)A=B
D.)AB=BA
题目解答
答案
展开等式左边:
\[
(A-B)^2 = A^2 - AB - BA + B^2
\]
与右边等式比较:
\[
A^2 - 2AB + B^2
\]
两式相等,消去相同项得:
\[
-AB - BA = -2AB \implies AB - BA = 0 \implies AB = BA
\]
因此,矩阵 $A$ 与 $B$ 可交换,对应选项D。
答案:$\boxed{D}$
解析
考查要点:本题主要考查矩阵的乘法运算性质,特别是矩阵乘法不满足交换律的特点,以及通过展开等式比较系数来推导矩阵关系的能力。
解题核心思路:
- 展开左边 $(A-B)^2$,注意矩阵乘法顺序不可交换,因此展开后会出现 $AB$ 和 $BA$ 两项。
- 与右边等式比较,消去相同项后,得到关于 $AB$ 和 $BA$ 的关系式。
- 推导出关键结论:$AB = BA$,即矩阵 $A$ 和 $B$ 可交换。
破题关键点:
- 矩阵乘法顺序的影响:展开时必须保留 $AB$ 和 $BA$ 的区分,不能直接合并。
- 消去相同项后的等式变形:通过移项直接得出 $AB = BA$。
步骤1:展开左边 $(A-B)^2$
根据矩阵乘法分配律:
$(A-B)^2 = (A-B)(A-B) = A^2 - AB - BA + B^2$
步骤2:与右边等式比较
题目给出右边为 $A^2 - 2AB + B^2$,因此等式两边相等即:
$A^2 - AB - BA + B^2 = A^2 - 2AB + B^2$
步骤3:消去相同项
两边同时减去 $A^2 + B^2$,得到:
$-AB - BA = -2AB$
步骤4:整理等式
将等式两边同时乘以 $-1$,并移项:
$AB + BA = 2AB \implies BA = AB$
结论:矩阵 $A$ 和 $B$ 必须满足 $AB = BA$,即选项D正确。