以文本方式查看主题

-  中文XML论坛 - 专业的XML技术讨论区  (http://bbs.xml.org.cn/index.asp)
--  『 计算机考研交流 』   (http://bbs.xml.org.cn/list.asp?boardid=67)
----  一道线性代数题,有人感兴趣吗?:)  (http://bbs.xml.org.cn/dispbbs.asp?boardid=67&rootid=&id=38257)


--  作者:Logician
--  发布时间:9/25/2006 3:54:00 AM

--  一道线性代数题,有人感兴趣吗?:)
证明或否定:设A、B为两个n阶矩阵,E为n阶单位矩阵,则必有|E-AB|=|E-BA|。
[此贴子已经被作者于2006-10-1 13:22:07编辑过]

--  作者:borlong
--  发布时间:9/29/2006 9:20:00 AM

--  
这道题看似简单呀!
乍一看,|E-AB|=|E-BA|成立的条件是|A|<>0,或者 |B|<>0.
因为这是A可逆,或者B可逆。
则E=AA'=A'A  (设A'为A的逆矩阵)    
于是|E-AB|=|AA'-AB|=|A(A'-B)|=|A||A'-B|=|A'-B||A|=|A'A-BA|=|E-BA|.

然而,令我意外的是:
我竟然找不到一个“二阶”方阵的反例。
原以为反例就是一个|A|=0 的方阵。遗憾的是没有!!
于是我设一般的情况,用方程组来假定|E-AB|和|E-BA|不相等的情况(仅二阶)
然后分别求出A和B的方阵。令我惊奇的是,|E-AB|和|E-BA|竟然是相等的!!

至于3阶以上,由于运算复杂,我没有继续了。

我思考一晚上,难道是因为|E-AB|=|E-BA|在运算的时候不需要A可逆等等的条件?
而我在证明的时候,强行的加入A可逆的条件??

欢迎大家讨论这么有趣的一题!^___^


--  作者:Logician
--  发布时间:10/1/2006 9:19:00 AM

--  
呵呵。反例应该很好找啊。
比如令 A=(0 0\\ 1 1),B=(1 0\\1 0),则|E-AB|=-1,|E-BA|=1。

继续找条件吧。:)
看看还有哪些情况能使得|E-AB|=|E-BA|。
“A可逆或B可逆”显然不是必要条件。呵呵。:)


以下是引用borlong在2006-9-29 9:20:00的发言:
这道题看似简单呀!
乍一看,|E-AB|=|E-BA|成立的条件是|A|<>0,或者 |B|<>0.
因为这是A可逆,或者B可逆。
则E=AA'=A'A  (设A'为A的逆矩阵)    
于是|E-AB|=|AA'-AB|=|A(A'-B)|=|A||A'-B|=|A'-B||A|=|A'A-BA|=|E-BA|.

然而,令我意外的是:
我竟然找不到一个“二阶”方阵的反例。
原以为反例就是一个|A|=0 的方阵。遗憾的是没有!!
于是我设一般的情况,用方程组来假定|E-AB|和|E-BA|不相等的情况(仅二阶)
然后分别求出A和B的方阵。令我惊奇的是,|E-AB|和|E-BA|竟然是相等的!!

至于3阶以上,由于运算复杂,我没有继续了。

我思考一晚上,难道是因为|E-AB|=|E-BA|在运算的时候不需要A可逆等等的条件?
而我在证明的时候,强行的加入A可逆的条件??

欢迎大家讨论这么有趣的一题!^___^



--  作者:borlong
--  发布时间:10/1/2006 12:14:00 PM

--  
以下是引用Logician在2006-10-1 9:19:00的发言:
呵呵。反例应该很好找啊。
比如令 A=(0 0\\ 1 1),B=(1 0\\1 0),则|E-AB|=-1,|E-BA|=1。

  看看还有哪些情况能使得|E-AB|=|E-BA|。

“A可逆或B可逆”显然不是必要条件。呵呵。:)


=================
不会啊!
A=(0 0\\ 1 1),B=(1 0\\1 0),
AB=(0 0\\2 0))
则 E--AB =(1 0\\ 1 0)--(0 0\\2 0)) =(1 0\\ -2 1)
而|E--AB|=|(1 0\\ -2 1)| =1

难道是我粗心了啊?????


--  作者:Logician
--  发布时间:10/1/2006 12:28:00 PM

--  
为什么我算出来AB=(2 0\\0 0)?

以下是引用borlong在2006-10-1 12:14:00的发言:
[quote]以下是引用Logician在2006-10-1 9:19:00的发言:
呵呵。反例应该很好找啊。
  比如令 A=(0 0\\ 1 1),B=(1 0\\1 0),则|E-AB|=-1,|E-BA|=1。

   看看还有哪些情况能使得|E-AB|=|E-BA|。

  “A可逆或B可逆”显然不是必要条件。呵呵。:)

[/quote]

=================
不会啊!
A=(0 0\\ 1 1),B=(1 0\\1 0),
AB=(0 0\\2 0))
则 E--AB =(1 0\\ 1 0)--(0 0\\2 0)) =(1 0\\ -2 1)
而|E--AB|=|(1 0\\ -2 1)| =1

难道是我粗心了啊?????



--  作者:borlong
--  发布时间:10/1/2006 12:39:00 PM

--  
A=(0 0\\ 1 1),B=(1 0\\1 0){即:a11=1,a12=0,a21=1,a22=0},是这样排列的吧???

那么AB=(0*1+0*1   0*0+0*0  \\1*1+1*1  1*0+1*0 )(0 0\\2 0)

有趣!!有趣!!太有趣了!!!^___^


--  作者:Logician
--  发布时间:10/1/2006 12:51:00 PM

--  
A = | 1 1 |  B = | 1 0 |
    | 0 0 |      | 1 0 |

a[1][1] = 1
a[1][2] = 1
a[2][1] = 0
a[2][2] = 0

b[1][1] = 1
b[1][2] = 0
b[2][1] = 1
b[2][2] = 0

令C=AB,则c[1][1] = a[1][1]*b[1][1] + a[1][2]*b[2][1] = 1+1 = 2

AB = | 2 0 |  BA = | 1 1 |
     | 0 0 |       | 1 1 |

以下是引用borlong在2006-10-1 12:39:00的发言:
A=(0 0\\ 1 1),B=(1 0\\1 0){即:a11=1,a12=0,a21=1,a22=0},是这样排列的吧???

那么AB=(0*1+0*1   0*0+0*0  \\1*1+1*1  1*0+1*0 )(0 0\\2 0)

有趣!!有趣!!太有趣了!!!^___^



--  作者:Logician
--  发布时间:10/1/2006 12:54:00 PM

--  
我写的"\\"是指“换行符”。我是按行写的。
你似乎理解成按列写的。
如果按你的理解的话,|E-BA|就等于-1了。
也是一样的。

以下是引用borlong在2006-10-1 12:39:00的发言:
A=(0 0\\ 1 1),B=(1 0\\1 0){即:a11=1,a12=0,a21=1,a22=0},是这样排列的吧???

那么AB=(0*1+0*1   0*0+0*0  \\1*1+1*1  1*0+1*0 )(0 0\\2 0)

有趣!!有趣!!太有趣了!!!^___^



--  作者:borlong
--  发布时间:10/1/2006 1:04:00 PM

--  
以下是引用Logician在2006-10-1 12:51:00的发言:
A = | 1 1 |  B = | 1 0 |
     | 0 0 |      | 1 0 |

a[1][1] = 1
a[1][2] = 1
a[2][1] = 0
a[2][2] = 0

b[1][1] = 1
b[1][2] = 0
b[2][1] = 1
b[2][2] = 0

令C=AB,则c[1][1] = a[1][1]*b[1][1] + a[1][2]*b[2][1] = 1+1 = 2

AB = | 2 0 |  BA = | 1 1 |
      | 0 0 |       | 1 1 |

  


那么
E--AB=|1  0|--- |2 0| = |-1 0|     |E-AB|=-1
          |0  1|    |0 0|    |0  1|  

E-BA=|1  0|--- |1 1| = |0 -1|     |E-BA|=-1
          |0  1|    |1 1|    |-1  0|  

|E-AB|=|E-BA|!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

我要地说的是,反例在二阶里没有!!!!!!!
无论怎么写,都是相等的!!!!!!!!!


--  作者:Logician
--  发布时间:10/1/2006 1:21:00 PM

--  
晕。还真是我算错了……
狂晕……
那看来确实应该想想怎么证明这两者恒等了……

--  作者:borlong
--  发布时间:10/1/2006 1:31:00 PM

--  
嗯,我把这题当作业余练习,谁让北大不考呢!^___^,还是大2学的。
对!我在努力的寻找其充要条件!

(2) 提出一些能确保上述等式成立的条件,并证明。

确保上述等式成立的条件!!!!!!!!!!

只是说充分条件吧!!!!!!!!!!!!!!

难道我的思路错了吗?  dear logician 您能指出我的证明错了吗?????
本来看到以为很简单呢!!!(我的证明也的确简单!)

我想是这样的!!
运算的时候,根本不需要A或B可逆的条件!!
而证明“上述等式成立”过程中需要A或者B可逆的条件!!即:等式成立需要|A|<>0或者|B|<>0。
充分条件!!!!!!!而题目要求的也是这样吧???
没有要求必要吧!!!
不过我也在找必要条件!!!!
有趣极了!!!!!
有趣!!!!


--  作者:Logician
--  发布时间:10/1/2006 1:44:00 PM

--  
你的证明没有错呀。
但既然在A、B都不可逆时这个等式也有可能成立,这说明“A可逆或B可逆时|E-AB|=|E-BA|”这个定理还不是“最好”的(即,还可以继续放宽条件,扩大它的适用范围)。
也就是说,虽然我们现在已知“A可逆或B可逆时等式成立”,但还可以进一步讨论,还有哪些情况(即使A、B都不可逆)下等式成立。
你的那个证明我在一本线代辅习教程上看到过,正是在那本教程上看了这个证明,才促使我想到这个命题的。:)
我目前可以证明的,除了显然的A=B的情况,和你提到的A或B可逆的情况外,还有“当E-AB不可逆时,E-BA也不可逆,从而这时有|E-AB|=|E-BA|=0”。

即然从现在验证结果看,等式似乎恒成立,那么也许可以找到不需要任何前提条件的证明方法……


--  作者:Logician
--  发布时间:10/4/2006 10:07:00 PM

--  
找到证明了。
由于有结论:
1、如果n阶矩阵C的特征值依次为λ_1, λ_2, ..., λ_n,那么E-C的特征值依次为1-λ_1, 1-λ_2, ..., 1-λ_n(这个结论在一般的线性代数书中都有证明)。
2、如果A是m*n阶矩阵,B是n*m阶矩阵(m≥n),则f_AB=λ^(m-n)f_BA。其中f_AB和f_BA分别是AB和BA的特征多项式。这一结论的证明见后(摘自陈大新的《矩阵理论》)。

由这两个结论就可以知道|E-AB|和|E-BA|对应的特征值完全相同,从而有|E-AB|=|E-BA|。


此主题相关图片如下:
按此在新窗口浏览图片

[此贴子已经被作者于2006-10-4 23:06:34编辑过]

--  作者:Logician
--  发布时间:10/4/2006 11:08:00 PM

--  
以下是引用Logician在2006-10-4 22:07:00的发言:
找到证明了。
由于有结论:
1、如果n阶矩阵C的特征值依次为λ_1, λ_2, ..., λ_n,那么E-C的特征值依次为1-λ_1, 1-λ_2, ..., 1-λ_n(这个结论在一般的线性代数书中都有证明)。
2、如果A是m*n阶矩阵,B是n*m阶矩阵(m≥n),则f_AB=λ^(m-n)f_BA。其中f_AB和f_BA分别是AB和BA的特征多项式。这一结论的证明见后(摘自陈大新的《矩阵理论》)。

由这两个结论就可以知道|E-AB|和|E-BA|对应的特征值完全相同,从而有|E-AB|=|E-BA|。


关于结论1,一般的线代书上只证明,如果f(x)是一个多项式,λ是A的一个特征值,那么f(λ)是f(A)的一个特征值。
这样的证明不能证明如果λ是A的k重特征值,则f(λ)是f(A)的k重特征值,所以还不能证明f(A)的全部特征值就是f(λ_1),f(λ_2),...,f(λ_n)。
不过上述结论是成立的。证明见下(同样摘自陈大新的《矩阵理论》)。里面先证了一个结论:任何方阵都相似于一个对角矩阵,这个结论在后面的证明要用。


此主题相关图片如下:
按此在新窗口浏览图片

此主题相关图片如下:
按此在新窗口浏览图片


--  作者:borlong
--  发布时间:10/8/2006 9:44:00 AM

--  
原来是这样啊!
可惜,陈大新的《矩阵理论》我没有读过啊!!
还是大二时候,学了一本清华版的《线性代数》,只能应付全国统一硕士数学。
郁闷!!

dear logician,你的学识真实开阔啊!!!
了不起!!!
为了考个硕士研究生,我把所有阅读兴趣全部删除了,整天都在做题目!!
无奈!!

有机会也像 dear logician 学习。

博学一番!!!!!
看来我要 A Za Za Fighting!!!! ^___^


--  作者:Logician
--  发布时间:10/8/2006 11:12:00 AM

--  
我也是现查的。
BTW,“A Za Za Fighting”是什么?
W 3 C h i n a ( since 2003 ) 旗 下 站 点
苏ICP备05006046号《全国人大常委会关于维护互联网安全的决定》《计算机信息网络国际联网安全保护管理办法》
109.375ms