2024年解答题第20题:设A = [[1,1,0],[0,1,1],[0,0,1]],求Aⁿ。
解析
方法1:归纳法
计算:
A² = [[1,2,1],[0,1,2],[0,0,1]]
A³ = [[1,3,3],[0,1,3],[0,0,1]]
猜想:Aⁿ = [[1,n, n(n-1)/2],[0,1,n],[0,0,1]]
数学归纳法验证成立。
方法2:Jordan分解
A = I + N,其中N = [[0,1,0],[0,0,1],[0,0,0]],N³=0
Aⁿ = (I+N)ⁿ = I + nN + [n(n-1)/2]N²
计算得相同结果。
考研真题数学一答案详解-考研数学一答案详解指出:① 当N^k=0时,二项式展开有限项;② 归纳法需验证初始条件;③ 两种方法各有优势:归纳法直观,Jordan法普适。此题是矩阵幂计算的经典案例,在考研真题数学一答案详解-考研数学一答案详解中应掌握多种解法并理解其几何意义。
2023年解答题第19题:设A = [[2,1,0],[0,2,0],[0,0,3]],求A² - 4A + 5E的特征值与特征向量。
解题思路
- 先计算
B = A² - 4A + 5E:
A² = [[4,4,0],[0,4,0],[0,0,9]]
B = [[4-8+5,4-4,0],[0,4-8+5,0],[0,0,9-12+5]] = [[1,0,0],[0,1,0],[0,0,2]]
- 特征值:1(二重),2
特征向量:
- λ=1:解(B-E)x=0得[1,0,0]ᵀ, [0,1,0]ᵀ
- λ=2:解(B-2E)x=0得[0,0,1]ᵀ
考研真题数学一答案详解-考研数学一答案详解强调:① 先简化矩阵再求特征值更高效;② 重根特征向量需检查维数;③ 若直接求A的特征值λ,则B的特征值为λ²-4λ+5。此题揭示了多项式矩阵特征值的计算规律,在考研真题数学一答案详解-考研数学一答案详解中应掌握“函数矩阵”特征值的快速求法。
2022年填空题第13题:二次型f(x₁,x₂,x₃) = x₁² + 2x₂² + tx₃² + 2x₁x₂ + 2x₁x₃正定,求t的取值范围。
解析
正定充要条件:所有顺序主子式>0
A = [[1,1,1],[1,2,0],[1,0,t]]
一阶:1>0
二阶:|1 1; 1 2| = 1>0
三阶:det(A) = 1(2t-0) -1(t-0) +1(0-2) = 2t - t - 2 = t-2 > 0
故t>2
考研真题数学一答案详解-考研数学一答案详解特别提醒:① 必须是“顺序主子式”,非任意主子式;② 计算三阶行列式时注意符号;③ 也可用特征值法,但计算量大。此题是二次型正定性的标准题型,在考研真题数学一答案详解-考研数学一答案详解中应熟练掌握主子式判定法。