刷题-伴随矩阵

1

证明:若 A 为不可逆矩阵,那么有 r(A)+r(A)n.


A 是不可逆矩阵故而有 r(A)<n,|A|=0. 从而有 AA=|A|E=0。我们将 A 展开乘列向量的形式:A=[α1,α2,,αn],进一步有:

AA=[Aα1,Aα2,,Aαn]=0

从而 α1,α2,,αn 都是 Ax=0 解,同理可得 α1,α2,,αn 也是 Ax=0 的解.

α1,α2,,αn 的极大无关组为 α,α2,,αs ,由矩阵的秩的定义可知,r(A)=s。而极大无关组必然线性无关的,故而有 Ax=0 的基础解系向量个数 s。从而有:

r(A)=snr(A)

于是,证毕。

2

证明:r(A)={n,r(A)=n1,r(A)=n10,r(A)<n1. (可以使用结论:若 A 为不可逆矩阵,那么有 r(A)+r(A)n


1

r(A)=n 时,证明矩阵 A 可逆,那么就有 AA|A|=E,可知 A 的逆矩阵为 A|A|,逆矩阵之间的秩一定是相同的。故而有:

r(A)=r(A)=n

2

由伴随矩阵的定义可知,伴随矩阵是代数余子式的组合,其为 n1 阶矩阵,由于 r(A)=n1 ,那么由矩阵的秩的定义可知,至少存在一个大于 0 的子式,于是伴随矩阵就一定有一个元素是不为 0 的,那么根据伴随矩阵的定义就有 r(A)1,从而:

r(A)+n1nr(A)=1,(r(A)=n1)

3

由于 r(A)<n1,那么所有的 n-1 阶子式都为 0,余子式也就为 0,故而伴随矩阵一定是 0 矩阵,所以矩阵的秩为 0.

3

A=(α1,α2,α3,α4) 是 4 阶矩阵,若 (1,0,1,0)T 是方程组 Ax=0 的一个基础解系,证明 Ax=0 其中一个基础解系是 α2,α3,α4


Ax=0 的基础解系只有一个解,故而可知 nr(A)=1 ,得到 r(A)=3。由于,r(A)=n1,从而有 r(A)=1。故而 Ax=0 对应的基础解系有三个解。然后,我们:

[α1,α2,α3,α4][1010]=α1+α3=0

可以得到 α1=α3。又因为 r(A)=3,故而 r(α1,α2,α3,α4)=r(α2,α3,α4)=r(A)=3。所以,α1,α2,α3,α4 的一个极大线性无关组为 α2,α3,α4.

又因为 AA=0,那么有:

AA=AA=A[α1,α2,α3,α4]=[Aα1,Aα2,Aα3,Aα4]=0{Aα1=0Aα2=0Aα3=0Aα4=0

从而可以得到 [α1,α2,α3,α4]Ax=0 的解。所以,α2,α3,α4Ax=0 的基础解系。

拓展

AB=O,那么 B 的列向量都是 Ax=0 的解,我们可以通过这些解来求基础解系。

4

证明:若 A 的各行之和均为 k,则 A 的各行之和均为 |A|k