在学习高等代数的过程中,第七章的内容通常涉及线性变换和矩阵的相关知识。这一章节是高等代数中的核心部分之一,对于理解更深层次的数学概念至关重要。为了帮助大家更好地掌握这部分内容,以下将对第七章的一些典型习题进行解答。
习题1:线性变换的基本性质
题目:设V是一个有限维向量空间,T: V→V是一个线性变换。证明如果T² = T,则T是幂等的,并且V可以分解为T的像与核的直和。
解答:
首先,根据条件T² = T,我们可以得出T是幂等的。接下来证明V可以分解为T的像与核的直和。
1. 显然,Im(T) ∩ Ker(T) = {0},因为若v属于两者交集,则Tv = 0且Tv = v,故v = 0。
2. 对于任意v ∈ V,令w = Tv,则v - w ∈ Ker(T),而w ∈ Im(T)。因此,v可以表示为Im(T)与Ker(T)的元素之和。
3. 结合上述两点,我们得到V = Im(T) ⊕ Ker(T)。
习题2:特征值与特征向量
题目:给定一个n×n矩阵A,其特征多项式为p(λ) = det(A - λI),其中I为单位矩阵。假设λ₁, λ₂, ..., λₙ是A的所有特征值(重根按重数计算),证明det(A) = λ₁λ₂...λₙ。
解答:
特征多项式p(λ) = det(A - λI)展开后,其常数项即为det(-A) = (-1)^n det(A)。当λ = 0时,p(0) = det(A),而p(λ) = (λ - λ₁)(λ - λ₂)...(λ - λₙ),因此p(0) = (-1)^n λ₁λ₂...λₙ。由此可得det(A) = λ₁λ₂...λₙ。
习题3:相似矩阵
题目:设A和B是两个n×n矩阵,证明如果存在可逆矩阵P使得B = P⁻¹AP,则A和B有相同的特征值。
解答:
由于B = P⁻¹AP,我们有det(B - λI) = det(P⁻¹AP - λI) = det(P⁻¹(A - λI)P) = det(P⁻¹)det(A - λI)det(P) = det(A - λI)。因此,A和B具有相同的特征值。
通过以上几个典型的习题解答,我们可以看到线性变换、特征值以及相似矩阵等内容之间的紧密联系。这些知识点不仅是高等代数的基础,也是进一步学习抽象代数和其他数学分支的重要工具。希望同学们能够通过练习加深对这些理论的理解,并灵活运用到实际问题中去。