证明:如果n*n阶方阵A有个n个不同的特征值b1--bn,那么对应每个特征值bi,矩阵A-bi的秩为n-1

如题所述

也可以从相似对角化方法入手:

n阶方阵A有个n个不同的特征值b1--bn,则存在可逆矩阵P,使得
(P的逆阵)A P = diag(b1,b2,...bn)
于是 (P的逆阵)(A-bi E)P = diag(b1,b2,...bn) - bi E
(A-bi E)的秩等于diag(b1,b2,...bn) - bi E的秩。
后者 是只有1个0对角元的对角阵,其秩为 n - 1
所以(A-bi E)的秩等于n - 1
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第1个回答  2011-06-04
特征值b1--bn对应的特征向量为 v1--vn。问题显然是对称的,不失一般性,考虑A-b1 。

显然,(A-b1)v1=Av1 - b1v1 = b1v1-b1v1=0,这说明 0 是 A-b1 的一个特征值。
而(A-b1)v2=Av2 - b1v2 = b2v2-b1v2 = (b2-b1)v2,这说明 b2-b1 是A-b1 的一个特征值,其对应特征向量为v2.
同理,b3-b1,b4-b1,.....,bn-b1 都是A-b1 的特征值,对应特征向量分别为v3,v4,。。。,vn。
所以,A-b1 的所有特征值为0,b2-b1,。。。,bn-b1 。显然,除了0,其他的都不为0,因为b1--bn是各不相同的。这样A-b1 的秩就是 n-1。

同理,其他所有的A-bi的秩也为n-1 。追问

谢谢,我想在你的回答基础上再说明清楚一些,另外再追问一些问题

追答

初等变换只不过是对行或者列做加和乘两种代数运算,这是不会改变最大线性不相关组的。
假定你的最大线性不相关组是 v1,。。。,vk,即
a1v1+。。。+akvk=0,是不存在非0解的。
初等变换只能是把 vi 变成 c*vi,或者 vi=vj+vm,或者交换 vi,vj,这三种操作,不论那一个都不可能改变以上方程“不存在非0解”这一代数性质。所以初等变换不改变秩。

"行的最大线性不相关组和列的最大线性不相关组的向量数量是相同的"是和“A^T 和 A 的秩相同”等价的。只证明一个就行了。这个有点忘了,我查了,最快的证明好像是:
1.显然,Ax=0 ==> A^T Ax =0
2. 若 A^T Ax =0, 则 x^TA^T Ax =0, 即 ||Ax||^2=0 所以,Ax=0。
这样,就有 Ax=0 A^T Ax =0,即矩阵A 和 A^T A 是具有相同的列线性无关组的,所以,rank(A)=rank(A^T A),但是,显然,rank(A^T A)<=rank(A^T) (因为矩阵A^T A的列都是矩阵A^T 的列的线性组合),所以,rank(A) <=rank(A^T)。
同样的,对A^T运用以上方法,可得 rank(A^T) <=rank(A)。
所以,最后 rank(A^T)=rank(A)=rank(A^T A)=rank(A A^T) 。

追问

看了你的证明,很有帮助。说一下行列式,它很抽象,我的理解:行列式是在进行高斯消元法完成后对角线主元的乘积(但行列式的最基本的三个性质)怎么从高斯消除法中得到呢?因为从这个三个性质可以推导出行列式所有性质,并得到克莱姆法则
下面的图片是我对行秩和列秩相同的一个说明(没有用行列式,和教材上面的K阶字式证明不一样),还有一些疑问,请过目

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第2个回答  2011-06-04
因为A-bi*I (其中I为n*n的单位矩阵)的特征值为(b1-bi), (b2-bi), ..., (bn-bi)。其中一个且只有一个特征值为(bi-bi)=0。所以,这个矩阵有n-1个不为零的特征值,其秩为n-1。
第3个回答  2011-06-04
有个定理,特征值非线性相关
所以,这道题的证明差不多就是这个定理的证明过程
我记得书上有这个定理的证明来着
第4个回答  2011-06-04
矩阵减数字?
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