关于矩阵下列说法正确的是()A. 若 A 可逆,则 A 与任何矩阵可交换, AB = BAB. 若 A 可逆,则 A^T 也可逆C. 若 A 可逆, B 也可逆,则 A pm B 也可逆D. 若 A 可逆, B 也可逆,则 AB 不一定可逆
A. 若 $A$ 可逆,则 $A$ 与任何矩阵可交换, $AB = BA$
B. 若 $A$ 可逆,则 $A^T$ 也可逆
C. 若 $A$ 可逆, $B$ 也可逆,则 $A \pm B$ 也可逆
D. 若 $A$ 可逆, $B$ 也可逆,则 $AB$ 不一定可逆
题目解答
答案
解析
本题主要考查矩阵可逆的相关性质,解题思路是根据矩阵可逆的定义和性质,对每个选项逐一进行分析判断。
选项A
若矩阵$A$可逆,根据可逆矩阵的定义,存在矩阵$A^{-1}$,使得$AA^{-1}=A^{-1}A = E$($E$为单位矩阵)。
可交换矩阵是指对于两个矩阵$A$和$B$,满足$AB = BA$。
例如,设$A=\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}$,$B=\begin{pmatrix}1&1\\0&1\end{pmatrix}$,$A$是可逆矩阵,$A^{-1}=\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}$。
计算$AB=\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}\begin{pmatrix}1&1\\0&1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1&1\\0&1\end{pmatrix}$,$BA=\begin{pmatrix}1&1\\0&1\end{pmatrix}\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1&1\\0&1\end{pmatrix}$,此时$AB = BA$。
再设$A=\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}$,$B=\begin{pmatrix}0&1\\1&0\end{pmatrix}$,$AB=\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}\begin{pmatrix}0&1\\1&0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0&1\\1&0\end{pmatrix}$,$BA=\begin{pmatrix}0&1\\1&0\end{pmatrix}\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0&1\\1&0\end{pmatrix}$,这里$AB = BA$。
但设$A=\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}$,$B=\begin{pmatrix}1&2\\3&4\end{pmatrix}$,$AB=\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}\begin{pmatrix}1&2\\3&4\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1&2\\3&4\end{pmatrix}$,$BA=\begin{pmatrix}1&2\\3&4\end{pmatrix}\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1&2\\3&4\end{pmatrix}$,还是$AB = BA$。
然而,设$A=\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}$,$B=\begin{pmatrix}0&0\\0&1\end{pmatrix}$,$AB=\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}\begin{pmatrix}0&0\\0&1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0&0\\0&1\end{pmatrix}$,$BA=\begin{pmatrix}0&0\\0&1\end{pmatrix}\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0&0\\0&1\end{pmatrix}$,依旧$AB = BA$。
一般地,设$A$可逆,$B$为任意矩阵,$AB$不一定等于$BA$,所以选项A错误。
选项B
若矩阵$A$可逆,则$\vert A\vert\neq 0$($\vert A\vert$表示矩阵$A$的行列式)。
根据行列式的性质,$\vert A^T\vert=\vert A\vert$,因为$\vert A\vert\neq 0$,所以$\vert A^T\vert\neq 0$。
根据可逆矩阵的判定定理,若矩阵的行列式不为零,则该矩阵可逆,所以$A^T$也可逆,选项B正确。
选项C
若$A$可逆,$B$也可逆,设$A=\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}$,$B=\begin{pmatrix}-1&0\\0&-1\end{pmatrix}$,$A$的逆矩阵$A^{-1}=\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}$,$B$的逆矩阵$B^{-1}=\begin{pmatrix}-1&0\\0&-1\end{pmatrix}$。
计算$A + B=\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}+\begin{pmatrix}-1&0\\0&-1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0&0\\0&0\end{pmatrix}$,而零矩阵的行列式$\vert A + B\vert = 0$,根据可逆矩阵的判定定理,行列式为零的矩阵不可逆,所以$A + B$不可逆,选项C错误。
选项D
若$A$可逆,$B$也可逆,则$\vert A\vert\neq 0$,$\vert B\vert\neq 0$。
根据行列式的性质,$\vert AB\vert=\vert A\vert\vert B\vert$,因为$\vert A\vert\neq 0$且$\vert B\vert\neq 0$,所以$\vert AB\vert=\vert A\vert\vert B\vert\neq 0$。
根据可逆矩阵的判定定理,行列式不为零的矩阵可逆,所以$AB$一定可逆,选项D错误。