题目
11.设三阶矩阵A的特征值为lambda_(1)=1,lambda_(2)=-1,lambda_(3)=2,其对应的特征向量分别为p_(1),p_(2),p_(3),记P=(4p_(1),-3p_(3),2p_(2)),则P^-1AP=().(A)(}-1& & &-2& & &1)(B)(}1& & &2& & &-1)(C)(}2& & &1& & &-1)(D)(}1& & &-1& & &2)
11.设三阶矩阵A的特征值为$\lambda_{1}=1,\lambda_{2}=-1,\lambda_{3}=2$,其对应的特征向量分别为$p_{1},p_{2},p_{3},$记$P=(4p_{1},-3p_{3},2p_{2})$,则$P^{-1}AP=().$
(A)$\left(\begin{matrix}-1& & \\ &-2& \\ & &1\end{matrix}\right)$
(B)$\left(\begin{matrix}1& & \\ &2& \\ & &-1\end{matrix}\right)$
(C)$\left(\begin{matrix}2& & \\ &1& \\ & &-1\end{matrix}\right)$
(D)$\left(\begin{matrix}1& & \\ &-1& \\ & &2\end{matrix}\right)$
题目解答
答案
为了求解 $ P^{-1}AP $,我们首先需要理解 $ P $ 矩阵的构成以及特征值和特征向量的性质。
已知三阶矩阵 $ A $ 的特征值为 $ \lambda_1 = 1 $, $ \lambda_2 = -1 $, $ \lambda_3 = 2 $,对应的特征向量分别为 $ p_1 $, $ p_2 $, $ p_3 $。矩阵 $ P $ 定义为 $ P = (4p_1, -3p_3, 2p_2) $。
根据特征值和特征向量的性质,我们知道 $ A $ 可以对角化,即存在可逆矩阵 $ Q $ 使得 $ Q^{-1}AQ = \Lambda $,其中 $ \Lambda $ 是对角矩阵,对角线上的元素是 $ A $ 的特征值。如果 $ Q = (p_1, p_2, p_3) $,那么 $ \Lambda = \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & -1 & 0 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix} $。
现在,矩阵 $ P $ 是 $ Q $ 的列向量的线性组合,即 $ P = QD $,其中 $ D = \begin{pmatrix} 4 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 2 \\ 0 & -3 & 0 \end{pmatrix} $。
因此,我们有:
\[ P^{-1}AP = (QD)^{-1}A(QD) = D^{-1}Q^{-1}AQD = D^{-1}\Lambda D. \]
接下来,我们计算 $ D^{-1} $:
\[ D^{-1} = \begin{pmatrix} \frac{1}{4} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & -\frac{1}{3} \\ 0 & \frac{1}{2} & 0 \end{pmatrix}. \]
现在,我们计算 $ D^{-1}\Lambda D $:
\[ D^{-1}\Lambda D = \begin{pmatrix} \frac{1}{4} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & -\frac{1}{3} \\ 0 & \frac{1}{2} & 0 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & -1 & 0 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 4 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 2 \\ 0 & -3 & 0 \end{pmatrix}. \]
首先,计算 $ \Lambda D $:
\[ \Lambda D = \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & -1 & 0 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 4 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 2 \\ 0 & -3 & 0 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 4 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & -2 \\ 0 & -6 & 0 \end{pmatrix}. \]
然后,计算 $ D^{-1}\Lambda D $:
\[ D^{-1}\Lambda D = \begin{pmatrix} \frac{1}{4} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & -\frac{1}{3} \\ 0 & \frac{1}{2} & 0 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 4 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & -2 \\ 0 & -6 & 0 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 2 & 0 \\ 0 & 0 & -1 \end{pmatrix}. \]
因此, $ P^{-1}AP = \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 2 & 0 \\ 0 & 0 & -1 \end{pmatrix} $。
正确答案是 $\boxed{B}$。