题目
5、设矩阵A与对角阵Lambda=}-2&0&00&-2&00&0&-2=A. -2EB. 2EC. 8ED. -8E
5、设矩阵A与对角阵$\Lambda=\begin{bmatrix}-2&0&0\\0&-2&0\\0&0&-2\end{bmatrix}$相似,则$A^{3}=$
A. -2E
B. 2E
C. 8E
D. -8E
题目解答
答案
D. -8E
解析
本题考查相似矩阵的性质以及矩阵的幂运算。解题的关键思路是利用相似矩阵具有相同的特征值这一性质,先确定矩阵$A$的特征值,再根据特征值的性质求出$A^3$的特征值,最后根据对角矩阵的性质得出$A^3$的结果。
- 确定矩阵$A$的特征值:
已知矩阵$A$与对角阵$\Lambda=\begin{bmatrix}-2&0&0\\0&-2&0\\0&0&-2\end{bmatrix}$相似,根据相似矩阵的性质:相似矩阵具有相同的特征值。
对角阵$\Lambda$的特征值就是其对角线上的元素,所以$\Lambda$的特征值为$\lambda_1 = \lambda_2 = \lambda_3 = -2$,那么矩阵$A$的特征值也为$\lambda_1 = \lambda_2 = \lambda_3 = -2$。 - 计算$A^3$的特征值:
设$\lambda$是矩阵$A$的特征值,$\alpha$是对应的特征向量,则有$A\alpha = \lambda\alpha$。
两边同时左乘矩阵$A$,可得$A^2\alpha = A(A\alpha)=A(\lambda\alpha)=\lambda A\alpha=\lambda^2\alpha$。
再两边同时左乘矩阵$A$,可得$A^3\alpha = A(A^2\alpha)=A(\lambda^2\alpha)=\lambda^2 A\alpha=\lambda^3\alpha$。
这表明若$\lambda$是矩阵$A$的特征值,则$\lambda^3$是矩阵$A^3$的特征值。
已知矩阵$A$的特征值为$\lambda = -2$,所以$A^3$的特征值为$\lambda^3 = (-2)^3=-8$,即$A^3$的三个特征值均为$-8$。 - 求出$A^3$的结果:
因为$A^3$的三个特征值均为$-8$,所以$A^3$相似于对角阵$\begin{bmatrix}-8&0&0\\0&-8&0\\0&0&-8\end{bmatrix}$。
而对角阵$\begin{bmatrix}-8&0&0\\0&-8&0\\0&0&-8\end{bmatrix}=-8\begin{bmatrix}1&0&0\\0&1&0\\0&0&1\end{bmatrix}=-8E$,其中$E$为三阶单位矩阵。
又因为相似于对角阵的矩阵是唯一的(在不考虑对角元素排列顺序的情况下),所以$A^3 = -8E$。