题目
下列关于等价矩阵说法不正确的是( )。A. 若n阶方阵A, B等价,则其必与AB等价B. 方阵A可逆的充分必要条件是存在有限个初等矩阵P_1, P_2, ..., P_l,使A = P_1P_2 ... P_lC. m times n阶同型矩阵A, B等价的充分必要条件是存在m阶可逆矩阵P和n阶可逆矩阵Q,使得PAQ = BD. 方阵A可逆的充分必要条件是A等价于单位矩阵E
下列关于等价矩阵说法不正确的是( )。
A. 若$n$阶方阵$A, B$等价,则其必与$AB$等价
B. 方阵$A$可逆的充分必要条件是存在有限个初等矩阵$P_1, P_2, \cdots, P_l$,使$A = P_1P_2 \cdots P_l$
C. $m \times n$阶同型矩阵$A, B$等价的充分必要条件是存在$m$阶可逆矩阵$P$和$n$阶可逆矩阵$Q$,使得$PAQ = B$
D. 方阵$A$可逆的充分必要条件是$A$等价于单位矩阵$E$
题目解答
答案
A. 若$n$阶方阵$A, B$等价,则其必与$AB$等价
解析
本题主要考查等价矩阵的相关知识,解题的关键在于对等价矩阵的定义、性质以及可逆矩阵与初等矩阵关系的理解和运用,通过对每个选项依据相关定理和性质进行分析判断。
选项A
- 矩阵等价的定义为:若存在可逆矩阵$P$和$Q$,使得$PAQ = B$,则称矩阵$A$与$B$等价。
- 仅知道$n$阶方阵$A$,$B$等价,只能说明存在可逆矩阵$P_1$,$Q_1$使得$P_1AQ_1 = B$,但无法得出$A$,$B$与$AB$等价的结论。
- 例如,设$A=\begin{pmatrix}1&0\\0&0\end{pmatrix}$,$B=\begin{pmatrix}0&0\\0&1\end{pmatrix}$,$A$与$B$等价(因为$A$经过初等变换可得到$B$),而$AB=\begin{pmatrix}1&0\\0&0\end{pmatrix}\begin{pmatrix}0&0\\0&1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0&0\\0&0\end{pmatrix}$。
- 矩阵$A$的秩$r(A)=1$,矩阵$B$的秩$r(B)=1$,矩阵$AB$的秩$r(AB)=0$,由于等价矩阵的秩相等,所以$A$,$B$与$AB$不等价,该选项错误。
选项B
- 可逆矩阵的性质:方阵$A$可逆的充分必要条件是$A$可以表示为有限个初等矩阵的乘积。
- 因为对矩阵$A$进行初等行变换相当于左乘相应的初等矩阵,进行初等列变换相当于右乘相应的初等矩阵。
- 若$A$可逆,则$A$可以通过一系列初等变换化为单位矩阵$E$,即存在有限个初等矩阵$P_1$,$P_2$,$\cdots$,$P_l$,使得$P_1P_2\cdots P_lA = E$,那么$A = P_1^{-1}P_2^{-1}\cdots P_l^{-1}$,而初等矩阵的逆矩阵仍为初等矩阵,所以$A$可以表示为有限个初等矩阵的乘积;反之,若$A = P_1P_2\cdots P_l$,因为初等矩阵都可逆,所以$A$可逆,该选项正确。
选项C
- 这是矩阵等价的充分必要条件的定义。
- 若存在$m$阶可逆矩阵$P$和$n$阶可逆矩阵$Q$,使得$PAQ = B$,则说明$A$可以通过初等行变换(左乘可逆矩阵$P$)和初等列变换(右乘可逆矩阵$Q$)得到$B$,所以$A$与$B$等价;反之,若$A$与$B$等价,则$A$可以通过一系列初等行变换和初等列变换得到$B$,而初等行变换和初等列变换都可以用可逆矩阵的乘法来表示,所以存在$m$阶可逆矩阵$P$和$n$阶可逆矩阵$Q$,使得$PAQ = B$,该选项正确。
选项D
- 方阵$A$可逆的充分必要条件是$A$的秩等于其阶数。
- 单位矩阵$E$的秩等于其阶数,若$A$等价于单位矩阵$E$,则$A$与$E$的秩相等,所以$A$的秩等于其阶数,即$A$可逆;反之,若$A$可逆,则$A$的秩等于其阶数,而单位矩阵$E$的秩也等于其阶数,所以$A$与$E$的秩相等,根据矩阵等价的充分必要条件可知$A$等价于单位矩阵$E$,该选项正确。