川大版高数物理类专用第三册答案.doc

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1、第一章 行列式 1.3 证明：.因为：对换改变排列的奇偶性，即一次变换后，奇排列改变为偶排列，偶排列改变为奇排列当n2时，将所有偶排列变为奇排列，将所有奇排列变为偶排列 因为两个数列依然相等，即所有的情况不变。偶排列与奇排列各占一半。4 （1）不是行列式的项 是行列式的项 因为它的列排排列逆序列=(4321)=3+2+0+0=5为奇数，应带负号（2）不是行列式的项 = 因为它的列排排列逆序列(34512)=2+2+2+0+0=6 为偶数应带正号。 5 解： 利用为正负数来做，一共六项，为正，则带正号，为负则带负号来做。6 解：（1）因为它是左下三角形=（2）=+=0（3）=32（4）=7.证明

2、将行列式转化为若 零元多于个时，行列式可变为故可知行列式为0.8.（1）5=55习题一13 （1）根据“定义法”（2）根据“降阶法”（3）注：根据范达蒙行列式原式= -1=（4）=14 （1）证明：(2)证明： （3）（4）“递推法”15.(1) =+=(ab+1)(cd+1)-a(-d)=(ab+1)(cd+1)+ad(2) =(4-6) (-1-15)=32(3) =+=-a(c-d) -a(d-b) -a(d-c) =abd= abd(c-b)(d-b)(c-d)(4) = =( =16. 范达 行列式V()=（1） 因为为常数。所以p(x)是n-1次的多项式（2） 令p(x)=0.得

3、x=.x=.即p(x)的根为第二章 矩阵代数4. 计算下列矩阵乘积（1） =(2) =(3) . (1,-1，2）=（1*2+（-1）*1+2*4,1*1+(-1）*1+2*2，1*0+（-1）*3+2*1=（9，4，1）（4） （x,y,1） =（x,y,1）=（5）=5. 设A=，B=，求=6.(1) A=n=1时 A=n=2时 =n=3时 =A=假设 （1当n=1时，= （2假设当n2时（n为自然数）成立，令n=k，则=成立； 当n=k+1时 =A=成立综上当n微自然数时当n=1时，当n=2时，当n=3时，假设=当n=1时 =假设n=k+1时=成立综上当n为自然数时，当A=2时 n=3时

4、 n=4时 n=5时 假设n时成立 当n=3时 假设n=k时成立 当n=k+1时 =整理得成立所以综上 =7、已知B=证明E,当n为偶数； B,当n为奇数证明：=E,当n为偶数； B,当n为奇数8、证明两个n阶上三角形矩阵的乘积仍为一个上三角形矩阵。证明：设两个n阶上三角形矩阵为A,B,且A= B=根据矩阵乘法，有AB=则可知AB为上三角形矩阵同理，可得BA也为上三角形矩阵。9、若AB=BA,AC=CA,证明：A、B、C为同阶矩阵，且A(B+C)=(B+C)A,A(BC)=BCA.证：设A=，B=，C=由题知AB、BA有意义，则可知必有m=s,又由于AB=BA,且AB为mn阶矩阵，则可知m=n

5、所以A、B均为n阶矩阵。同理可知A、C均为n阶矩阵，故可得A、B、C为同阶矩阵 10、已知n阶矩阵A和B满足等式AB=BA，证明：（1）（2）（3） 11、 12、 证明 13、 14、 15、 当n=1时，当n=2时，当n=3时，假设=当n=1时 =假设n=k+1时=成立综上当n为自然数时，当A=2时 n=3时 n=4时 n=5时 假设n时成立 当n=3时 假设n=k时成立 当n=k+1时 =整理得成立所以综上 =16、（1）解：设 由得：得（2）设由，得：得：（3）设由方程组，得：得（4）设得得：（5）设得得19、（1）解：方程组的解为：（2）方程组的解为：（3）方程组的解为：（4）有且

6、仅有或时，无意义；则其他情况方程组的解为：（4）（5）由得(6)24.证：A为对称矩阵 A=A AA=AA=E AA(A) =E(A) A=(A) A为可逆对称矩阵 （A） =(A) A=(A) 可逆对称矩阵的逆矩阵也是对称矩阵。25.证：（1）（A）=(AA)=AA A为n阶对称矩阵 A=A （A）=A A为对称矩阵 (B)=(BB)=B B B是n阶反对称矩阵 B=-B （B）=(BB)=BB B是n阶反对称矩阵 B=-B (B )=(-B)(-B)=B B是对称矩阵 （AB-BA） =(AB)-(BA) =BA-AB =-BA-A (-B) =AB-BA AB-BA为对称矩阵。（2）必要

7、性：AB为反对称矩阵 （AB）=-AB 又（AB）=BA=-BA AB=BA 充分性: AB=BA (AB)=BA=-BA AB为反对称矩阵 综上所述：AB是反对称矩阵的充分必要条件是AB=BA。26.解：设矩阵X为x= 则= Ax=o=0 即=0 对任意n1矩阵都成立 A=027.证： A为正交矩阵 =A A= = = 又正交矩阵为可逆矩阵 A=A ： A= = = A = = = = A28.解： = = 时 依次用V左乘和用U右乘消去得从而得证29.解：（1）判断X可逆即： 因A、C可逆， 则即则X可逆。 （2）设则 由 = =E 30.证明： 31.解：（1） 原式= (2) （3）

8、第三章 线性方程组1. 证：假设线性相关， 则不会为0，使得 整理得： 又由，故 由于 故由克莱默法则知： 故结论正确。2. 解： 得： 3、不一定。原式：故仅可得到线性无关将每个向量任意拆分得到的新向量显然不一定仍然线性相关例如向量成比例或含有零向量例：或任一一个为零向量4、不正确 使两等式成立的两组系数一般来说是不相等的，所以不可以做那样的公式提取即5、提示：含有零向量就一定线性相关 极大线性相关组中每一向量都无法用其他组中向量给出，因此可用一极大线性无关组加零向量构成向量组6.证：假设线性相关， 由题意知，必存在一组使得 7.证：设 由于 6、证明：假设线性相关，则，线性相关（部分相关则

9、全体相关）所以存在m+1个不完全为0的数满足本来线性相关，故可为0，可不为0（1） 则无法用线性表出（2） 而线性相关，根据定义，至少有一个向量可用其他m-1个向量表出，我们不妨设则这样得到了的另一种表出式，即表出不唯一综上，假设成立条件下得到的结论与“可用唯一表出”矛盾故假设不成立，线性无关7、将A表示为，B表示为若线性无关，则必有同理可证AP117 T8解：（1）由此r=3解：（2）由此r=2解：（3）由此r=3解：（4）由此r=2解：（5）由此r=3解：（6）由此r=5T9 解（1）：设向量组线性相关，则由，得： -由，得： = ，= 代入式，得：线性无关由此r=410（1）证：由线性相

10、关则必有一组不全为0的数使得既有：从中每一个向量中去掉第，就相当于在上述方程组中去掉S个方程剩下的方程仍成立既有不全为零的数使得：从而：线性相关显然当线性无关时由上面的证明可知肯定线性无关（2）由（1）的证明很显然得到结论11、证明：把 作为矩阵A行向量写成矩阵A即：只须证A的行量组线性无关即可即证：显然A中有一个阶子式而A内的所有阶子式为0，因为A的行数故有，从而结论成立12、证：先证当可由线性表示出时，的秩小于等于的秩不妨设：的极大无关组为；的极大无关组为只须证：即可假设那么由条件可知：可由线性表出，即存在一矩阵，使得在上式两端同右乘一列向量，即得：只要找到一组不全为0的数，使得：成立就能

11、说明线性相关，与线性无关矛盾事实上：由于，所以上述方程组一定有非0解故结论成立，同理可证，从而有13证：（1）时，若，则说明，向量组B与A可相互线性表示，又由A线性无关，其秩所以，从而B线性无关反之：若B线性无关，考察代入并整理得：令由上式可得：由线性无关，所以若，则有非0角从而由故考查：即将代入上式得：由于线性无关，也线性无关故而方程组只有0解而线性无关只有0解，故结论成立14.记住一下常用矩阵秩的性质（1）（2）（3）若可逆，则（4）证法一：由上述性质（4）条，而所以证法二：设，（A,B同型，所以列则显然的列向量组可由与的极大无关组线性表出若设分别为与的极无关组那么的列向量组可由线性表出，

12、所以14、（第二种）证明：设有向量组A，的行向量组为：，其极大线性无关组为：的行向量组为：其极大线性无关组为：的行向量组记为：其中， 则， 有又即有习题三15、解：对增广矩阵进行初等变换 则无解解：对方程组的增广矩阵进行初等变换 则无解解：对方程组的增广矩阵进行初等变换（课本第页题目出错，应该为B= 则有唯一解。即唯一解为（3,2,1,）。由方程组 解得：（4）、解：对方程组的增广矩阵进行初等变换B= 则6只方程组有无穷多解。先求它的一个特解，与阶梯形矩阵对应的方程组为令上式中的，解得。于是得到特解：导出组的方程为：令解得：.令解得：令。解得：可求得导出组的基础解系：， 于是方程组的通解为：其

13、中为任意常数16.（1）欲使方程有解，须使=其中A= B=对B进行初等行变换，过程如下：B=交换行 -行+行-行+行 行+行 显然，=时，=2此时 取（3，4）故（）同样地，欲使该方程有解，须使=其中=对进行初等行变换，得=交换行 -行+行 -行+行交换行行+行时此时=，故方程有解。且解为-时由于，故方程无解。且时，=，方程有唯一解，且故（此处只考虑及-两种特殊情形，原因在于，当或-时会使得矩阵第二、三行的首先为零，从而引起情况的出现）综上，=1时，方程有无穷多解 =-时，方程无解且-时17.证明：记系数矩阵为，增广矩阵为。另外：=假设，可设的前行线性无关且第（r+1）行可用前行线性表出，那么

14、对于第（r+1）行中的每一个值都有。但与相比多了一列，有可能使得（当然，这种关系也有可能满足）。但当这种关系部满足时，故，同理。综上：由于=，故=,方程有解。18.解：首先明确在平面直角坐标系中，直线的方程应为x+By=C.那么用矩阵表示，即为若将.B都看做自变量，将看做系数，那么，增广矩阵即为=由于列向量线向相关，故=故=0若为n(n3)点共线，则增广矩阵B=该矩阵中第个列向量可用前两个线向表出，故。考虑直线的特殊情形：当该直线经过原点（,）时，=；其余情形下，=故，点共线的充要条件为的秩即的秩19.解：对方程组的增广矩阵施行初等行变换B=初等行变换=方程组有解的充要条件为= 4 ，则需=解

15、出矩阵对应的方程组得：令=得到方程组的特解=（，）导出组的方程为令=则得导出组的基础解系为=(1,1,1,1,1)则方程组通解为=（，）+k(1,1,1,1,1)20.证明（1）方程组的系数矩阵=系数a,b,c,d,e中有两个等于-1即a+1,b+1,c+1,d+1,e+1中有两个等于0则=4,因此方程组必有非零解（2）=已知任何系数都不等于-1,且=1则=0得=4,因此方程组必有非零解.21.（1）方程组的系数矩阵通过初等行变换化简=矩阵的秩=24,基础解系由2个线性无关的解向量构成,矩阵对应的方程组令 代入解得 对应的解的向量为令 代入解得 对应的解的向量为,是方程组的一个基础解系则方程组

16、通解为.其中. 为任意的实数（2）方程组的系数矩阵矩阵的秩=24,基础解系由2个线性无关的解构成对应的方程组为令 可解得 对应的解向量为 令 可解得 对应的解向量为是方程组的一个基础解系方程组的通解为,其中. 为任意的实数（3）方程组的系数矩阵=4, 基础解系由2个线性无关的解向量构成写出阶梯形对应的方程组令解出对应的解向量为令解出对应的解向量为是方程组的一个基础解系方程组的通解为,其中. 为任意的实数（4）方程组的系数矩阵=3,基础解系应由2个线性无关的解构成阶梯矩阵对应的方程组为令 解得对应的解向量为令 解得对应的解向量为构成方程组的一个基础解系方程组的通解为,其中. 为任意的实数22.（

17、1）假设线性相关则存在一组不全为零的一组数使成立若则则是方程的解,与题设矛盾21-24页第三章 线性方程2.2习题三 P121 23-26题27.解：由A2A得A（AE）0，再由第26题解得rArAEn又rAr（EA）rAEA rEn 即rArAEnrArAEn28.证：A2E（AE）（AE）0r(AE)r（AE）nr(AE) (EA) r2Enr（AE）r(EA) r（AE）r（AE） r（AE）r（AE）n29.证: (1) 当rAn时|A|0由AA*|A|E知|AA*|AE|A|A*|A|n，|A*|A|n10故A*可 rA*n当rAn1时，|A|0 且存在一个（n1）阶的非零子式从而r

18、A*1AA*|A|E0rArA*n rA*nrA1rA*1当rAn时知A的所有（n1）阶子式为零A*0（2）当rAn时（1）中已证 当rAn1时rA*1|A|0|A*|A|n10成立又当rAn1时，由（1）中知|A|0|A*|A|n1亦成立。第四章1、（1）是；（2）、否，因为题中的非零向量可以由不平行于该非零向量的向量通过向量的加法表示出来，所以该非零向量必须也包含在题中的全体向量中才能构成实线性空间。（3）是（4）是（5）否，k00的解为k0或0，k与不具有任意性不满足线性空间的定义。2、（1）能 （2）不能 （1）中由x1x2xn0x1x2xn1xn得任意一个向量都可以用其余的向量线性表

19、示 而（2）中x1x2xn1 x1x2xn11xn 不满足（1）中的线性关系，不能构成Rn的子空间3、当平面不过原点时，否 当平面过原点时，是 解析：当平面过原点时，所有的起点位于原点，终点位于给定平面上的所有向量在一个平面上，构成了一个二维的向量空间，（比如xoy平面上所有的向量），而当给定平面不过原点时，所有的向量构成一个体（体分布），是次三维空间中所有向量的一部分，不是闭合的，不能构成子空间。第四章P1394.解（1）假设存在，使得+=0 要使上式对任意的x都成立 则=0 所以，线性无关 ，为极大线性无关组 所以，它们的积为2 （2）因为，=2-1 所以，1线性相关 假设存在，使得+=0

20、则=0所以，1线性无关所以，1为，1的一个极大线性无关组所以，它们的秩为2（3）假设存在一组数使得对任意的x都成立所以，线性无关它们的秩为n5证明：因为， =由上式可得，约.6, 证明：假设存在使得 即 即 7、由于（3） （） 与均可由与线性表示 它们分别生产的子空间相同即V1V2 8、解：（1）因为是对称的，.维数只取决于对角线和上半（或下半）部分的元素为维（2）由于反称矩阵，维数只取决于上半（或下半）部分元素为维。（3）由于前两个分量线性相关 维数为n1 9、证明，组成的一个基，只需证这几个向量在同一个基下的坐标作为行或列的n阶行列式不为0 对于（1）即证0 对于（2）即证或 求在这个基

21、下的坐标。 （1）设（x1 x2 x3 x4 ） （1 2 1 1）x1 （1，1,1,1）x2（1,1，-1，-1）x3(1,-1,1,1,) x4 （1，-1，-1,1） x1 x2 x3 x4 坐标为，)(2)设（x1 x2 x3 x4 ） （1 2 1 1）x1 （1，1,0,1）x2（2,1，3，1）x3(1,1,0,0,) x4（0，1，-1, -1）。 x12 x21 x3-3 x42坐标为（2,1，-3,2）10（1）1,x,x,x,x4 1，1x，1xx，1xxx，11xxxx4旧基底到新基底的过渡矩阵M （2）令：12x3x4x5x4ab(1x) c(1xx )d(1xxx

22、)e（1xxxx4）用待定系数法可得：多项式12x3x4x5x4在新基底下的坐标为（1，1，1，1,5） （3）多项式在新基底下的坐标为（1，2，3，4，5）12(1x) 3(1xx )4(1xxx)5（1xxxx4）1514x12x9x5x4 多项式为1514x12x9x5x411.(1)，E令A，根据过渡矩阵的定义EMA又E是单位矩阵过渡矩阵MAA=1,2,3,4,𝜉= 设𝜉=（x1,x2,x3,x4）在𝜂1 , 𝜂2, 𝜂3, 𝜂4下的坐标为(y1,y2,y3,y4)(2)单位矩阵E=() 第

23、五章 第五章1.（1）当时不满足线性变换条件当时 满足线性变换条件（2）当时不满足线性变换条件当时满足线性变换条件（3）不满足线性变换条件（4）又 满足线性变换条件（5）又满足线性变换条件（6）又 满足线性变换条件2.证明 是一个线性变换3.证明：又是线性变换4.不一定例如此时是个线性无关的向量，而线性相关5、（1）解 （2） 解 （3） 解 （4） 解 （5） 解 6、（1） 解：由题意可知： （2） 解：由题意可知： （3） 解： 7、（1） （2） 8、（1） （2） 9、 10、求下列矩阵的特征根与特征向量（1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） 9.（2）解：设向量组线

24、性相关，则则 由（1）+（3）得 ，代入（3）得，代入（4）得，线性无关由此r=4（3）：线性相关由此r=410.解：（1）当线性相关时， +=0去掉的一列分量也线性相关；当线性无关时，也线性无关。(2)(i):向量互换i，j个分量得则向量同时线性相关（无关）。（ii）：向量用非零常熟乘第i个分量则向量同时线性相关（无关）。（iii）：向量把第i个分量的倍加到第j个分量上则向量同时线性相关（无关）。11.证明：向量组 则有=是互不相同的n个数，切，的n个行向量线性无关。12.证明：记A的向量组为：， B的向量组为。A的极大线性无关组：，B的极大线性无关组：。向量组A、B是等价的，每个向量组中的

25、向量都是另一个向量组中向量的线性组合。既有与线性相关，同理分别与线性相关。则均可由的表示式线性表出。所以与的数目相同，即，所以向量组与向量组等价时，它们的秩相等。13.证明：（1）当r=s时，充分性证明。，则矩阵必存在可逆矩阵应有又向量组A线性无关向量组B也是线性无关的。必要性证明：有，。又向量组A、B均为线性无关组，(2)当对一般的r和s时，充分性证明：，向量组必含一个有r个向量的子组满足。则有。又向量组A线性无关向量组B也是线性无关的。必要性证明：B是线性无关组，存在一个向量组，。若向量组的秩为r，则可用向量组K的子组来代替使其满足，则矩阵K的秩。11.证明：（1）设为A的特性值，假设=0

26、 则A=，因为0，所以=0这与A为可逆矩阵相矛盾，所以假设不成立。（2）因为为A的特性值，所以0满足A = ，又因A可逆，则式两边同时左乘得(A)=()，所以存在= 所以= 所以为的特征值。12.证明：假设+为A的属于的特征向量，则A（+）=（+），由于满足A=,A=，从而A(+)=A+A,由得 （+）=+，（）+（）=0，线性无关， =0，=这与已知条件矛盾，假设不成立即+不是A的特征方程。13.假设向量是A的不同特征根的特征向量，-得（）=0，=0，=这与已知条件矛盾，故假设不成立，即一个向量不可能是n阶矩阵A的不同特征根的特征向量。14. （）=，的系数均由多项式()() ()中的项所决

27、定，因为如果不全取对角线上的元素，的最高幂次为n2可由行列式的计算规则得出，上述多项式中的系数为1， 的系数为（），当时，（）=，常数项为。15. 解：求其特征根：，其特征根为， 当时，,，故其基础解系为31=2个， 令，则；令， 当时，即，故可以对角化，其相似对角形矩阵为，过渡矩阵为.解：求其特征根：，当时，故它的特征向量的极大线性无关组只有一个向量，小于特征根的重数，所以A不可对角化。.解：求其特征根：，其特征根为， 当时， 即 第七章1、(1) f(x)=x12+5x1x2-3x2x3 =(x1+ )2-( +3x2x3) =(x1+, )2- (x2+ )2+ 则 由（a）可得：(3)

28、 f(x1,x2,x3,x4)=y12+y22+(y1-y2)(y3+y4)+(y1+y2)(y3-y4) =y12-y22+y1y3+y1y4-y2y3-y2y4+y1y3-y1y4+y2y3-y2y4 =（y1+y3）2-y32-(y2+y4)2+y42 = (y1+y3)2-(y2+y4)2-y32+y42 f(x1,x2,x3,x4)=z12-z22-z32+z42 坐标变换 此题如用配方相反麻烦而且不易解出，建议用正交法解，且此大题的解不唯一第三册(第五页)习题五15（5）=得到对于，解方程组有一个XXXXX对于解方程组得一个XXXXX 对于解方程组有一个XXXXX由上面知，存在相应

29、过渡矩阵得相似对角形矩阵（6）解：对应 = 得对应双生根解方程组得二个XXXXX 对于双生根解方程组得二个XXXXX 由上知，存在相应过渡矩阵得相似对角形矩阵第六章1.证明：A、B 且（1）所以 （2）所以 (3)所以(4) 当时，所以是V中的一个内积2.证明：（1）在中定义则为一个数，转置之后;不变所以因为A为n阶正定矩阵所以（2）(3)(4)当时，因为A为n阶正定矩阵，其中任意n维向量，都恒有而为n维向量所以所以 由上述，这样定义的也是中的一个内积3.证明：必需性：?正交，所以所以当，不是零向量，则当或为零向量，所以所以充分性：对于都有所以所以则即正交综上，在欧式空间中两个向量正交的充分必要条件是，对任意的实数t恒有4.（1）所以所以所以 （2）所以P1865、 设单位向量（x1、x2、x3、x4) 则由题意知：x1+x2-x3+x4=0（x2=0，x3=x1，x4=-x1）x1-x2-x3+x4=0 2x1+x2+x3+3x4=0由将代入得：解得：故所求向量为。6、 由施米特正交化方法