题目
(16)已知A,B均为3阶矩阵,|A|=0,且满足AB+3B=O,若r(B)=2,则行列式|A+2E|=____.
(16)已知A,B均为3阶矩阵,|A|=0,且满足AB+3B=O,若r(B)=2,则行列式|A+2E|=____.
题目解答
答案
由题意,$AB + 3B = O$ 可化为 $AB = -3B$。
由于 $r(B) = 2$,$B$ 的列空间维数为 2,设列向量为 $b_1, b_2$(线性无关),则 $Ab_i = -3b_i$($i=1,2$)。
又 $|A| = 0$,$A$ 的特征值中必有 0。
综上,$A$ 的特征值为 $-3, -3, 0$。
矩阵 $A + 2E$ 的特征值为 $-1, -1, 2$,其行列式为特征值的乘积:
\[
|A + 2E| = (-1) \times (-1) \times 2 = 2
\]
**答案:** $\boxed{2}$
解析
考查要点:本题主要考查矩阵的秩、特征值、行列式的性质,以及矩阵方程的变形与应用。
解题核心思路:
- 矩阵方程变形:将已知条件$AB + 3B = O$转化为$AB = -3B$,发现$B$的列向量是$A$的特征向量。
- 秩的性质:利用$r(B) = 2$确定$B$的列空间中存在两个线性无关的特征向量,对应$A$的特征值$-3$。
- 行列式与特征值的关系:结合$|A| = 0$确定$A$的第三个特征值为$0$,进而求出$A + 2E$的特征值及其乘积。
破题关键点:
- 特征值的提取:通过矩阵方程$AB = -3B$,直接得出$B$的列向量是$A$的特征向量,对应特征值$-3$。
- 秩与特征向量的关系:$r(B) = 2$说明存在两个线性无关的特征向量,对应两个$-3$的特征值。
- 行列式的性质:利用行列式为特征值的乘积,结合$|A| = 0$确定第三个特征值为$0$。
步骤1:变形矩阵方程
由$AB + 3B = O$,移项得$AB = -3B$,即$A$作用在$B$的列向量上时,结果为对应列向量的$-3$倍。
步骤2:分析$B$的列向量
由于$r(B) = 2$,设$B$的列向量为$b_1, b_2, b_3$,其中$b_1, b_2$线性无关。根据$AB = -3B$,有:
$A b_1 = -3 b_1, \quad A b_2 = -3 b_2, \quad A b_3 = -3 b_3$
因此,$b_1, b_2$是$A$的特征向量,对应特征值$\lambda = -3$。
步骤3:确定$A$的特征值
- $A$的秩为2,说明$A$有两个特征值为$-3$。
- 由$|A| = 0$,行列式为特征值乘积,即$(-3) \cdot (-3) \cdot \lambda_3 = 0$,解得$\lambda_3 = 0$。
步骤4:计算$A + 2E$的特征值
$A + 2E$的特征值为原特征值加$2$,即:
$-3 + 2 = -1, \quad -3 + 2 = -1, \quad 0 + 2 = 2$
步骤5:求行列式
行列式为特征值的乘积:
$|A + 2E| = (-1) \times (-1) \times 2 = 2$