研究生矩阵论课后习题答案全习题三

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1、习题三1.证明下列问题:(1)若矩阵序列收敛于,则收敛于,收敛于;(2)若方阵级数收敛,则.证明:(1)设矩阵则设则,若矩阵序列收敛于,即对任意的,有,则,,,故收敛于,收敛于.(2)设方阵级数的部分和序列为,其中.若收敛,设其和为,即,或,则.而级数的部分和即为,故级数收敛,且其和为,即.2.已知方阵序列收敛于,且,都存在,证明:(1);(2).证明:设矩阵若矩阵序列收敛于,即对任意的,有.(1)由于对任意的,有,故=,而,,故.(1)因为,.其中,分别为矩阵与的代数余子式.与(1)类似可证明对任意的,有,

2、结合,有=,即.3.设函数矩阵,其中,计算.解:根据函数矩阵的极限与导数的概念与计算方法,有(1);(2);(3);(4)(5)=.4.设函数矩阵,计算和.解:根据函数矩阵积分变限积分函数的导数的概念与计算方法,有(1)=;(2)==.5.设为阶常数对称矩阵,,证明:(1);(2).证明:(1),(2).6.证明关于迹的下列公式:(1);(2);(3).其中.证明:(1)因为,而,故(2)因为,则,而,故.(1)因为故则故.7.证明:,其中为向量函数.证明:设,则,故它是的数量函数,设,有.8.在中将向量表示

3、成平面直角坐标系中的点,分别画出下列不等式决定的向量全体所对应的几何图形:(1)(2)(3).解:根据,作图如下:9.证明对任何,总有.证明:因为故10.证明:对任意的,有.证明:设,则由于,故,即.11.设是正实数,证明:对任意,是中的向量范数.证明:因为(1)且;(2);(3)对于,,则故.因此是中的向量范数.12.证明:是矩阵的范数,并且与向量的1-范数是相容的.证明:因为(1),且;(2);(3)(4)设,则,故因此是与向量的1-范数相容的矩阵范数.13.设,且可逆,证明:.证明:由于,,则,故.14

4、.设,且证明:可逆,而且有(1);(2).证明:(1)由于,故,即.(2)因为,两边右乘,可得,左乘,整理得,则,即.15.设证明:(1),特别地;(2)当时,;(3);(4)当时,.证明:(1).又因为,故.(2)当时,二项式公式成立,故同理,有,故.(3)由于幂级数对给定的矩阵,以及任意的都是绝对收敛的,且对任意的都是一致收敛的,因此科可对此幂级数逐项求导,则,同理,有故.(1)因为故.又当时,,则同理,可得16.求下列三类矩阵的矩阵函数(1)当为幂等矩阵()时;(2)当为对合矩阵()时;(3)当为幂零矩

5、阵()时.解:(1),设矩阵的秩为,则的特征值为1或0,可对角化为,则,(2)当时,矩阵也可对角化,的特征值为1或,可对角化为,其中1有个.则(3)当时,的特征值均为0,则存在可逆矩阵,使得,其中,又,则,于是故Jordan块的阶数最多为2,不妨设,,即则,;,.故0,,则,,因此,,所以,,.17.若矩阵的特征值的实部全为负,则.证明:设的特征值为,则存在可逆矩阵,使得,其中,则,其中又,且,故,因此,则.18.计算和,其中:(1);(2);(3).解:(1)设,则.由于,,且,,则,.(2)该矩阵的特征多

6、项式为最小多项式为.19.计算下列矩阵函数:(1),求;(2),求;(3),求;(4),求及20.证明:,,其中为任意方阵.证明:(1)因为,,故,,则.(2)因为矩阵的特征值均为,故存在可逆矩阵,使得则21.若为反实对称(反Hermite)矩阵,则为实正交(酉)矩阵.证明:因为,又.故.当为反实对称,即时,,故为实正交矩阵;当为反Hermite矩阵,即时,,故为酉矩阵.22.若为Hermite矩阵,则是酉矩阵,并说明当时此结论的意义.证明:因为,故,则,故是酉矩阵.当为一阶Hermite矩阵时,为一实数,设

7、,则上述命题为23.将下列矩阵函数表示成矩阵幂级数,并说明对的限制:(1),(2),(3)解:(1),;(2),;(3),.24.设,证明:(1),(2).证明:(1)设,其中为若当标准形,则,其中,则.(2)设,则,因为,对上式两边取极限,得.25.设,且可逆,若是的任一特征值,则.证明:因为,故.又对任意的,有,所以.设是矩阵的特征值对应的特征向量,即,则,故有.因此.

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