题目
矩阵 A = } 1 & 2 & 3 3 & 6 & 9 2 & 4 & 6 的秩等于( )。A. 0B. 1C. 2D. 3
矩阵 $ A = \begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 3 & 6 & 9 \\ 2 & 4 & 6 \end{bmatrix} $ 的秩等于( )。
A. 0
B. 1
C. 2
D. 3
题目解答
答案
B. 1
解析
本题考查矩阵秩的计算,解题思路可以通过初等行变换将矩阵化为行最简形,行最简形中非零行的行数即为矩阵的秩;也可以通过观察矩阵列向量之间的线性关系来确定矩阵的秩。
方法一:初等行变换法
已知矩阵$A = \begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 3 & 6 & 9 \\ 2 & 4 & 6 \end{bmatrix}$。
- 第一步:对矩阵$A$进行初等行变换,从第二行减去第一行的$3$倍,根据矩阵初等行变换规则$r_i - kr_j$($r_i$表示第$i$行,$r_j$表示第$j$行,$k$为常数),这里$i = 2$,$j = 1$,$k = 3$,则第二行变为$\begin{bmatrix}3 - 3\times1 & 6 - 3\times2 & 9 - 3\times3\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}0 & 0 & 0\end{bmatrix}$。
- 第二步:从第三行减去第一行的$2$倍,同样根据矩阵初等行变换规则$r_i - kr_j$,这里$i = 3$,$j = 1$,$k = 2$,则第三行变为$\begin{bmatrix}2 - 2\times1 & 4 - 2\times2 & 6 - 2\times3\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}0 & 0 & 0\end{bmatrix}$。
经过上述初等行变换后,矩阵$A$化为行最简形$\begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 \end{bmatrix}$。
由于行最简形中只有一个非零行,根据矩阵秩的定义,矩阵的秩等于其行最简形中非零行的行数,所以矩阵$A$的秩为$1$。
方法二:观察列向量线性相关性法
矩阵$A$的列向量分别为$\mathbf{v}_1 = \begin{bmatrix} 1 \\ 3 \\ 2 \end{bmatrix}$,$\mathbf{v}_2 = \begin{bmatrix} 2 \\ 6 \\ 4 \end{bmatrix}$,$\mathbf{v}_3 = \begin{bmatrix} 3 \\ 9 \\ 6 \end{bmatrix}$。
可以发现$\mathbf{v}_2 = 2\mathbf{v}_1$,$\mathbf{v}_3 = 3\mathbf{v}_1$,即列向量之间存在线性关系,说明列向量线性相关。
根据矩阵的秩等于其列向量组的极大线性无关组所含向量的个数,由于列向量组的极大线性无关组只含有一个向量(例如$\mathbf{v}_1$),所以矩阵$A$的秩为$1$。