如果矩阵 A = } a & 1 & 1 1 & a & 1 1 & 1 & a 的秩为 1,则 a = ( ).A. -1B. 0C. 1D. 2
A. -1
B. 0
C. 1
D. 2
题目解答
答案
解析
本题考查矩阵秩的概念以及行列式行列式的计算。解题思路是根据矩阵秩为$1$的性质,得到矩阵的行列式为$0$,进而求出$a$的可能值,再对这些值进行检验,,确定满足矩阵秩为$1$的$a$的值。
- 根据矩阵秩为$1$得到行列式为$0$:
已知矩阵$A$的秩为$1$,根据矩阵的秩小于矩阵的阶数时,矩阵的行列式的值为$0$。因为矩阵$A$是$3\begin{pmatrix} a & 1 & 1 \\ 1 & a & 1 \\ 1 & 1 & a \end{pmatrix}$,为$3$阶矩阵,所以$\vert A\vert = 0$。
2. 计算矩阵$1)的行列式\(\vert A\vert$:
根据三阶行列式的计算公式\(\begin{vmatrix}
x_{11} & y_{1} & z_{1}\\
x_{2} & y_{2} & z_{2}\\
x_{3} & y_{3} & z_{3}
\end{vmatrix}=x_{1}\begin{vmatrix}
y_{2} & z_{2}\\
}\\
y_{3} & z_{3}
\end{vmatrix}-y_{1}\begin{vmatrix}
x_{2} & z_{2}
}\\
x_{3} & z_{3}
\end{vmatrix}+z_{1}\begin{vmatrix}
x_{2} & y_{2}
}\\
x_{3} & y_{3}
\end{vmatrix}\),可得:
$\begin{align*}{|A|}&= a\begin{vmatrix}a & 1 \\1 & a\end{vmatrix}-1\begin{vmatrix}1 & 1 \\1 & a\end{vmatrix}+1\begin{vmatrix}1 & a \\1 & 1\end{vmatrix}\\&= a(a^2 - 1) - (a - 1) + (1 - a)\\&= a^3 - a - a + 1 + 1 - a\\= a^3 - 3a + 2\end*}$
3. 求解$\vert A\vert = 0$时$a$的值:
令$2)式\(a^3 - 3a + 2 = 0$,对其进行因式分解:
$\begin{align*}a^3 - 3a + 2&=a^3 - a - 2a + 2\\&=a(a^2 - 1) - 2(a - 1)\\&=a(a - 1)(a + 1) - 2(a - 1)\\&=(a - 1)^2(a + 2)\end{align*}$
则$(a - 1)^2(a + 2)=0$,解得$a = 1$或$a = -2$。
4. 对$a$的值进行检验:
- 当$a = 1$时,矩阵$A = \begin{pmatrix} 1 & 1 & 1 \\ 1 & 1 & 1 \\ 1 & 1 & 1 \end{pmatrix}$,此时矩阵$A$的所有行向量都相同,矩阵的秩为$3)\(1$,满足条件。
- 当$a = 2$时,矩阵$A = \begin{pmatrix} 2 & 1 & 1 \\ 1 & 2 & 1 \\ 1 & 1 & 2 \end{pmatrix}$,对其进行初等行变换:
$r_1 - 2r_2$,$r_3 - r_2$可得$\begin{pmatrix} 0 & -3 & -1 \\ 1 & 2 & 1 \\ 0 & -1 & 1 \end{pmatrix}$,此时矩阵的秩为$3$,不满足条件。
综上,$a = 1$。