2019年高中數(shù)學 2.5 特征值與特征向量綜合檢測 蘇教版選修4-2.doc
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2019年高中數(shù)學 2.5 特征值與特征向量綜合檢測 蘇教版選修4-2 1.求矩陣M=的特征值和特征向量. 【解】 矩陣M的特征多項式 f(λ)==(λ+1)(λ-6). 令f(λ)=0,解得矩陣M的特征值λ1=-1,λ2=6.將λ1=-1代入方程組 易求得為屬于λ1=-1的一個特征向量.將λ2=6代入方程組易求得為屬于λ2=6的一個特征向量.綜上所述,M=的特征值為λ1=-1,λ2=6,屬于λ1=-1的一個特征向量為,屬于λ2=6的一個特征向量為. 2.已知矩陣M=的一個特征值為3,求另一個特征值及其對應的一個特征向量. 【解】 矩陣M的特征多項式為 f(λ)==(λ-1)(λ-x)-4 因為λ1=3為方程f(λ)=0的一根,所以x=1 由(λ-1)(λ-1)-4=0得λ2=-1, 設λ2=-1對應的一個特征向量為α=, 則由得x=-y 令x=1,則y=-1. 所以矩陣M的另一個特征值為-1,對應的一個特征向量為α=. 3.已知矩陣M=,向量α=,β=. (1)求向量2α+3β在矩陣M表示的變換作用下的象; (2)向量γ=是矩陣M的特征向量嗎?為什么? 【解】 (1)因為2α+3β=2+3=,所以M(2α+3β)==,所以向量2α+3β在矩陣M表示的變換作用下的象為. (2)向量γ=不是矩陣M的特征向量.理由如下:Mγ==,向量與向量γ=不共線,所以向量γ=不是矩陣M的特征向量. 4.已知矩陣A=,設向量β=,試計算A5β的值. 【解】 矩陣A的特征多項式為f(λ)==λ2-5λ+6=0, 解得λ1=2,λ2=3. 當λ1=2時,得α1=; 當λ2=3時, 得α2=, 由β=mα1+nα2, 得, 得m=3,n=1, ∴A5β=A5(3α1+α2) =3(A5α1)+A5α2 =3(λα1)+λα2 =325+35=. 5.已知矩陣A=,其中a∈R,若點P(1,1)在矩陣A的變換下得到點P′(0,-3) (1)求實數(shù)a的值; (2)求矩陣A的特征值及特征向量. 【解】 (1)∵=, ∴=, ∴a=-4. (2)∵A=, ∴f(λ)==λ2-2λ-3. 令f(λ)=0,得λ1=-1,λ2=3, 對于特征值λ1=-1,解相應的線性方程組得一個非零解, 因此α1=是矩陣A的屬于特征值λ1=-1的一個特征向量. 對于特征值λ2=3,解相應的線性方程組得一個非零解, 因此α2=是矩陣A的屬于特征值λ2=3的一個特征向量.∴矩陣A的特征值為λ1=-1,λ2=3, 屬于特征值λ1=-1,λ2=3的特征向量分別為,. 6.已知矩陣A=,若矩陣A屬于特征值6的一個特征向量α1=,屬于特征值1的一個特征向量α2=,求矩陣A,并寫出A的逆矩陣. 【解】 由矩陣A屬于特征值6的一個特征向量α1=,可知=6,所以c+d=6, ① 由矩陣A屬于特征值1的一個特征向量α2=, 可知=,所以3c-2d=-2. ② 聯(lián)立①②可得 解得 即A=,A的逆矩陣A-1=. 7.已知矩陣A對應的變換是先將某平面圖形上的點的橫坐標保持不變,縱坐標變?yōu)樵瓉淼?倍,再將所得圖形繞原點按順時針方向旋轉90. (1)求矩陣A及A的逆矩陣B; (2)已知矩陣M=,求M的特征值和特征向量; (3)若α=在矩陣B的作用下變換為β,求M50β.(結果用指數(shù)式表示) 【解】 (1)A==; B=A-1=. (2)設M的特征值為λ, 則由條件得=0, 即(λ-3)(λ-4)-6=λ2-7λ+6=0. 解得λ1=1,λ2=6. 當λ1=1時, 由=, 得M屬于1的特征向量為α1=; 當λ2=6時,由=6, 得M屬于6的特征向量為α2=. (3)由Bα=β, 得β==, 設=mα1+nα2=m+n =, 則由 解得 所以β=-α1+2α2. 所以M50β=M50(-α1+2α2) =-M50α1+2M50α2 =-+2650 =. 8.已知二階矩陣M的一個特征值λ=8及與其對應的一個特征向量α1=,并且矩陣M對應的變換將點(-1,2)變換成(-2,4). (1)求矩陣M; (2)求矩陣M的另一個特征值及與其對應的另一個特征向量α2的坐標之間的關系; (3)求直線l:x-y+1=0在矩陣M的作用下的直線l′的方程. 【解】 (1)設矩陣M=, 則=8=,故 由題意得=, 故 聯(lián)立以上兩方程組可解得 故M=. (2)由(1)知矩陣M的特征多項式f(λ)==(λ-6)(λ-4)-8=λ2-10λ+16.令f(λ)=0,解得矩陣M的另一個特征值λ=2.設矩陣M的屬于特征值2的一個特征向量α2=,則Mα2==2,解得2x+y=0. (3)設點(x,y)是直線l上的任一點,其在矩陣M的作用下對應的點的坐標為(x′,y′),則=,即代入直線l的方程并化簡得x′-y′+2=0,即直線l′的方程為x-y+2=0. 9.給定矩陣M=,N=及向量α1=,α2=. (1)求證M和N互為逆矩陣; (2)求證α1和α2都是矩陣M的特征向量. 【證明】 (1)因為MN==,NM==,所以M和N互為逆矩陣. (2)向量α1=在矩陣M的作用下,其象與其共線, 即==,向量α2=在矩陣M的作用下,其象與其共線,即=,所以α1和α2都是M的特征向量. 10.給定矩陣M=及向量α=. (1)求矩陣M的特征值及與其對應的特征向量α1,α2; (2)確定實數(shù)a,b,使向量α可以表示為α=aα1+bα2; (3)利用(2)中的表達式計算M3α,Mnα; (4)從(3)中的運算結果,你能發(fā)現(xiàn)什么? 【解】 (1)矩陣M的特征多項式f(λ)==(λ-2)(λ-1)-30=(λ-7)(λ+4).令f(λ)=0,解得矩陣M的特征值λ1=-4,λ2=7.易求得屬于特征值λ1=-4的一個特征向量α1=,屬于特征值λ2=7的一個特征向量α2=. (2)由(1)可知=a+b,解得a=1,b=3,所以α=α1+3α2. (3)M3α=M3(α1+3α2)=M3α1+3M3α2= (-4)3+373 =. Mnα=Mn(α1+3α2) =Mnα1+3Mnα2 =(-4)n+37n =. (4)在Mnα的結果中,隨著n的增加,特征向量α1對結果的影響越來越?。?- 配套講稿:
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