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矩阵相似的充分必要条件、易错点辨析及实例补充

  两个矩阵相似的充要条件:两者的秩相等;两者的行列式值相等;两者的迹数相等;两者拥有同样的特征值(重数一致),尽管相应的特征向量一般不同;两者拥有同样的特征多项式;两者拥有同样的初等因子。

  两个矩阵相似的充分必要条件

  1. 核心充要条件

  两个n阶矩阵A与B相似的充要条件是:特征矩阵等价、行列式因子相同、不变因子相同、初等因子相同,且特征矩阵的秩相同,同时它们的转置矩阵也相似。

  补充说明:两个矩阵秩相同可说明等价的前提是必须为同型矩阵,而相似矩阵本身必为同型方阵,故秩相等是相似的必要条件之一。

  定义:设A,B为n阶矩阵,若存在n阶可逆矩阵P,使得P⁻¹AP=B,则称矩阵A与B相似,记为A~B。相似矩阵具有相同的可逆性,当它们可逆时,其逆矩阵也相似。n阶矩阵A与对角矩阵相似的充要条件为A有n个线性无关的特征向量。

  小例题:矩阵A=[[1.1],[0.1]](特征值为二重1.仅1个线性无关特征向量,不可对角化)与B=[[1.0],[0.1]](特征值为二重1.有2个线性无关特征向量,可对角化),二者特征值相同但不相似,直观体现仅特征值相等不足以判定相似。

  2. 扩展知识

  若A与对角矩阵相似,则称A为可对角化矩阵;若n阶方阵A有n个线性无关的特征向量,则称A为单纯矩阵。相似矩阵的可逆性一致,可逆时逆矩阵也相似。

  需注意:两个矩阵仅特征值相等时,未必相似。但当两个矩阵均为实对称矩阵时,特征值相同则必相似——因实对称矩阵必可对角化,特征值相同意味着二者均可对角化至同一对角矩阵,故满足相似条件。

  综上,n阶矩阵A与对角阵相似的充要条件是A有n个线性无关的特征向量,不可仅凭特征值判定相似性,需结合可对角化性质综合判断。

  相关信息仅供参考。