题目
设 A=} 0 & 2 & -1 1 & 1 & 2 -1 & -1 & -1 = (). A. } -1/2 & -3/2 & -5/2 1/2 & 1/2 & 1/2 0 & 1 & 1 B. } 1/2 & -3/2 & -5/2 1/2 & 1 & 1/2 0 & 1 & 1 C. } 1 & 3/2 & 5/2 1/2 & 1/2 & 1/2 0 & 1 & 0 D. } 1 & -1/2 & -3/2 1/2 & 1/2 & 1/2 1 & 0 & 1
设 $A=\begin{pmatrix} 0 & 2 & -1 \\ 1 & 1 & 2 \\ -1 & -1 & -1 \end{pmatrix}$,则用初等变换法可计算 $A^{-1}=$ ().
- A. $\begin{pmatrix} -1/2 & -3/2 & -5/2 \\ 1/2 & 1/2 & 1/2 \\ 0 & 1 & 1 \end{pmatrix}$
- B. $\begin{pmatrix} 1/2 & -3/2 & -5/2 \\ 1/2 & 1 & 1/2 \\ 0 & 1 & 1 \end{pmatrix}$
- C. $\begin{pmatrix} 1 & 3/2 & 5/2 \\ 1/2 & 1/2 & 1/2 \\ 0 & 1 & 0 \end{pmatrix}$
- D. $\begin{pmatrix} 1 & -1/2 & -3/2 \\ 1/2 & 1/2 & 1/2 \\ 1 & 0 & 1 \end{pmatrix}$
题目解答
答案
将矩阵 $ A $ 进行初等行变换,目标是将左边变为单位矩阵,右边即为 $ A^{-1} $。
1. **交换行**:交换第1、2行。
2. **消元**:
- 第1行加到第3行,消去第3行首元。
- 第2行除以2,使首元为1。
- 第2行乘-1加到第1行,消去第1行第2列。
- 第3行乘$-\frac{5}{2}$加到第1行,消去第1行第3列。
- 第3行乘$\frac{1}{2}$加到第2行,消去第2行第3列。
最终得到:
\[
A^{-1} = \boxed{\begin{pmatrix} -\frac{1}{2} & -\frac{3}{2} & -\frac{5}{2} \\ \frac{1}{2} & \frac{1}{2} & \frac{1}{2} \\ 0 & 1 & 1 \end{pmatrix}}
\]
对应选项 **A**。
解析
考查要点:本题主要考查利用初等行变换法求逆矩阵的能力,需要熟练掌握增广矩阵的构造与行变换步骤。
解题核心思路:
- 构造增广矩阵 $[A|I]$,通过行变换将左侧变为单位矩阵,右侧即为 $A^{-1}$。
- 关键步骤包括交换行、消元、归一化等操作,需注意每一步变换对增广矩阵右侧的影响。
- 验证选项时需确保最终右侧矩阵与选项完全一致。
构造增广矩阵并交换行
初始增广矩阵为:
$\begin{pmatrix}0 & 2 & -1 & | & 1 & 0 & 0 \\1 & 1 & 2 & | & 0 & 1 & 0 \\-1 & -1 & -1 & | & 0 & 0 & 1\end{pmatrix}$
交换第1、2行,得到:
$\begin{pmatrix}1 & 1 & 2 & | & 0 & 1 & 0 \\0 & 2 & -1 & | & 1 & 0 & 0 \\-1 & -1 & -1 & | & 0 & 0 & 1\end{pmatrix}$
消元与归一化
- 第3行加第1行,消去第3行首元:
$\begin{pmatrix} 1 & 1 & 2 & | & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 2 & -1 & | & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & | & 0 & 1 & 1 \end{pmatrix}$ - 第2行除以2,使第2行第2列元素为1:
$\begin{pmatrix} 1 & 1 & 2 & | & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & -0.5 & | & 0.5 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & | & 0 & 1 & 1 \end{pmatrix}$
消去非对角元素
- 第2行乘-1加到第1行,消去第1行第2列:
$\begin{pmatrix} 1 & 0 & 2.5 & | & -0.5 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & -0.5 & | & 0.5 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & | & 0 & 1 & 1 \end{pmatrix}$ - 第3行乘-2.5加到第1行,消去第1行第3列:
$\begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 & | & -0.5 & -1.5 & -2.5 \\ 0 & 1 & -0.5 & | & 0.5 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & | & 0 & 1 & 1 \end{pmatrix}$ - 第3行乘0.5加到第2行,消去第2行第3列:
$\begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 & | & -0.5 & -1.5 & -2.5 \\ 0 & 1 & 0 & | & 0.5 & 0.5 & 0.5 \\ 0 & 0 & 1 & | & 0 & 1 & 1 \end{pmatrix}$
最终结果
左侧变为单位矩阵,右侧为:
$A^{-1} = \begin{pmatrix}-\frac{1}{2} & -\frac{3}{2} & -\frac{5}{2} \\\frac{1}{2} & \frac{1}{2} & \frac{1}{2} \\0 & 1 & 1\end{pmatrix}$
对应选项 A。