n阶矩阵A满足A^2=A,秩为r,证明存在可逆n阶矩阵P,使得PAP^-1=[Er,0](底下还有两个0)不要用到特征值(那个我也会) 还有什么最小多项式之类的知识 就用分块矩阵一类的简单知识

来源:学生作业帮助网 编辑:作业帮 时间:2024/04/30 09:26:26
n阶矩阵A满足A^2=A,秩为r,证明存在可逆n阶矩阵P,使得PAP^-1=[Er,0](底下还有两个0)不要用到特征值(那个我也会) 还有什么最小多项式之类的知识 就用分块矩阵一类的简单知识

n阶矩阵A满足A^2=A,秩为r,证明存在可逆n阶矩阵P,使得PAP^-1=[Er,0](底下还有两个0)不要用到特征值(那个我也会) 还有什么最小多项式之类的知识 就用分块矩阵一类的简单知识
n阶矩阵A满足A^2=A,秩为r,证明存在可逆n阶矩阵P,使得PAP^-1=[Er,0](底下还有两个0)
不要用到特征值(那个我也会) 还有什么最小多项式之类的知识 就用分块矩阵一类的简单知识

n阶矩阵A满足A^2=A,秩为r,证明存在可逆n阶矩阵P,使得PAP^-1=[Er,0](底下还有两个0)不要用到特征值(那个我也会) 还有什么最小多项式之类的知识 就用分块矩阵一类的简单知识
第一步:
设A = (a1, a2, ..., an), B = E - A = (b1, b2, ..., bn), 
则AB = A(E - A) = A - A^2 = 0.
可见b1, b2, ..., bn都是齐次线性方程组Ax = 0的解向量, 
因而能由Ax = 0的基础解系c1, c2, ... ct线性表示, 其中t = n - r.
故秩(B) =  秩(b1, b2, ..., bn) 小于或等于 n - r.
由此可得 秩(A) + 秩(B) 小于或等于 n.
另一方面, A + B = A + E - A = E, 
故n = 秩(E) = 秩(A + B) 小于或等于 秩(A) + 秩(B). 
综合上述两个方面可得 秩(A) + 秩(B) = n.
第二步:
不妨设 a1, a2, ..., ar 为 a1, a2, ..., an 的一个极大无关组, 
b1, b2, ..., bt为 b1, b2, ..., bn 的一个极大无关组, 
则a1, a2, ..., ar,  b1, b2, ..., bt线性无关
(否则秩(a1, a2, ..., ar,  b1, b2, ..., bt) < n, 
而a1, a2, ..., an及b1, b2, ..., bn都能由a1, a2, ..., ar,  b1, b2, ..., bt线性表示,
故n = 秩(E) = 秩(A + B) 小于或等于 秩(A, B) = 秩(a1, a2, ..., an, b1, b2, ..., bn) 小于或等于 秩(a1, a2, ..., ar,  b1, b2, ..., bt) < n, 矛盾!).
于是得n阶可逆矩阵(a1, a2, ..., ar,  b1, b2, ..., bt).
第三步: 
令P^-1 = (a1, a2, ..., ar,  b1, b2, ..., bt).
则AP^-1 = A(a1, a2, ..., ar,  b1, b2, ..., bt) = (Aa1, Aa2, ..., Aar,  Ab1, Ab2, ..., Abt) 
= (a1, a2, ..., ar,  0, 0, ..., 0) 
= (a1, a2, ..., ar,  b1, b2, ..., bt)(Er 0 底下还有两个0)
= P^-1(Er 0 底下还有两个0).
上式两端同时左乘以P可得PAP^-1 = (Er 0 底下还有两个0).

这个好象只能用特征值及矩阵的对角化来解决