题目
设A为3阶非零矩阵,A^2=0,则A的线性无关的特征向量的个数等于()A. 1B. 3C. 0D. 2
设A为3阶非零矩阵,$A^{2}=0$,则A的线性无关的特征向量的个数等于()
A. 1
B. 3
C. 0
D. 2
题目解答
答案
D. 2
解析
本题考查矩阵特征值与特征向量的相关知识,解题的关键思路是先根据已知条件求出矩阵$A$的特征值,再根据特征值的性质确定线性无关特征向量的个数。
- 求矩阵$A$的特征值:
设$\lambda$是矩阵$A$的特征值,$\xi$是对应的特征向量,则$A\xi = \lambda\xi$。
两边同时左乘矩阵$A$,可得$A^{2}\xi = A(\lambda\xi)=\lambda A\xi=\lambda^{2}\xi$。
已知$A^{2}=0$,所以$A^{2}\xi = 0\xi = 0$,即$\lambda^{2}\xi = 0$。
因为$\xi$是非零向量,所以$\lambda^{2}=0$,解得$\lambda = 0$。
这表明矩阵$A$的特征值全为$0$。 - 确定线性无关特征向量的个数:
对于$n$阶矩阵$A$,属于特征值$\lambda$的线性无关的特征向量的个数等于$n - r(A - \lambda E)$,其中$r(A - \lambda E)$表示矩阵$A - \lambda E$的秩。
已知$A$是$3$阶矩阵,$\lambda = 0$,则需要求$r(A - 0E)=r(A)$。
因为$A$为非零矩阵,所以$r(A)\geq1$。
又因为$A^{2}=0$,根据矩阵秩的性质:若$A$为$n$阶矩阵,且$A^{2}=0$,则$r(A)+r(A)\leq n$(这里$n = 3$),即$2r(A)\leq3$,所以$r(A)\leq\frac{3}{2}$。
由于$r(A)$是整数,所以$r(A)=1$。
那么属于特征值$\lambda = 0$的线性无关的特征向量的个数为$n - r(A - 0E)=3 - r(A)=3 - 1 = 2$。