使用说明
怎么用这份卷子
- 先学完 线性代数笔记,再来做。四套卷子都是新编的题,不是笔记里的原题,正好检验“没见过的题能不能做”。
- 一次做完一整套:点“开始计时”,闭卷,不翻笔记,用草稿纸写出完整过程。建议 35 分钟做完。
- 做完再展开每题的“答案与评分”,对照分步解答和评分点给自己打勾,页面会自动算分。勾选结果只保存在当前浏览器里。
- 每套最后勾选“已批改”,就会列出没拿满分的题,以及该回看的笔记小节(点击链接直接跳到
线性代数.html的对应位置,两个文件要放在同一个文件夹)。 - 数二、数三:题型结构相同;第三套第 3 题(二次曲面)只考数一,可以跳过,跳过时这套按 27 分计。
第一套 · 32 分 · 建议用时 35 分钟
第一套
考点:伴随矩阵与行列式 · 列关系与线性表示 · 化零多项式与对角化 · 特征值的性质 · 二次型的正交变换
(A) (B) (C) (D)
答案与评分整套做完再展开
① 。。
的每个元素是 的 2 阶代数余子式,各提出 。也可以直接算:。
② 统一换成 。,所以 。
伴随矩阵和逆矩阵混在一起时,先统一成一种(通常换成 )再合并。
③ 取行列式。。所以选(B)。
三个常见错误正好对应三个干扰项:把 当成 ,得 ;把 算成 ,得 ;漏乘 ,得 。
答案:B
没拿满分就回看:2.4 逆矩阵与伴随矩阵伴随矩阵的运算律
(A) 可由 线性表示 (B) 可由 线性表示
(C) 可由 线性表示 (D) 线性相关
答案与评分整套做完再展开
① 把解读成列关系。 是解 ⟺ ,所以 ,(C) 正确。
:解就是“让列的组合等于零向量”的那组系数。
② 列关系只有这一个方向。任何一个列关系都给出 的一个解,因而必须是 的倍数。(A) 对应的解形如 ,第 4 个分量为 0,不是它的倍数;(B) 对应的解第 2 个分量为 ;(D) 对应一个第 4 个分量为 0 的非零解,同样不可能。所以选(C)。
基础解系只有一个向量,说明 ,列之间本质上只有一个关系: 绑在一起, 不参与。
答案:C
(A) 不一定能相似于对角矩阵 (B)
(C) (D)
答案与评分整套做完再展开
① 特征值只能是 1 或 2,而且两个都出现。 代入得 ,所以 。若 2 不是特征值,则 可逆,由 得 ,矛盾;同理 1 也必须是特征值。
化零多项式只给出特征值的范围;“”保证两个值都取到。
② 秩的等式。 ⟹ ;又 ⟹ 。所以等于 3,(C) 正确。
“ ⟹ 秩和 ”配上“”,夹出等号(笔记 7.3 节)。
③ 排除其余。两个特征值的无关特征向量共有 个, 一定能对角化,(A) 错;特征值可以是 (),也可以是 (),(B)(D) 都不一定。所以选(C)。
例如 满足题设,但 ,。
答案:C
没拿满分就回看:5.4 相似对角化可对角化与秩7.3 秩的不等式与等式
答案与评分整套做完再展开
① 先求 和 的特征值。; 可逆, 的特征值为 ,即 。
⟹ :同一个 同时是 、、 的特征向量。
② 整个矩阵的特征值。,特征值为 : 时为 ; 时为 ; 时为 。
必须按同一个特征向量把三项对齐再相加。能这样加,是因为三项都是 的“函数”;两个不相干矩阵的特征值不能随便相加。
③ 相乘。。
行列式 = 全部特征值之积。
答案:
没拿满分就回看:5.2 特征值的性质、 的特征值
(I) 求 的值;(II) 求正交矩阵 ;(III) 求方程 的解。
答案与评分整套做完再展开
① (I) 特征值是 ,用迹求 。。正交变换下标准形的系数就是特征值,所以特征值为 。迹:,。
标准形只有两项 = 第三个特征值是 0。
② 用 求 。 时 ,得 或 。
有特征值 0 ⟺ 。按第 1 行展开:。
③ 回代检验,排除 。用 ( 为三个二阶主子式之和)。:, ✓;:,,特征值 ✗。所以 。
迹和行列式只用到了特征值的“和”与“积”,得到的候选值必须回代检验。这是得分点,很多人漏掉。
④ (II) 特征向量。。:解 得 。: 的三行都是 ,只剩方程 ,挑两个互相正交的解 。
先取 ,再找既满足方程又与它正交的向量,就省去了施密特正交化。若取了 ,就必须先正交化。
⑤ 单位化,排成 。, 化 为 。
列的顺序对应标准形的系数 。自查:三列两两正交、长度都为 1。
⑥ (III) 的解。 ⟺ , 任意,于是 。所以解为 , 为任意常数。
半正定二次型 ⟺ 落在特征值 0 的特征子空间里,也就是 的解。只写“”是错的。
答案:(I) ;(II) (不唯一),标准形 ;(III) , 为任意常数
没拿满分就回看:6.2 正交变换法2017 数一(21) 的解
第二套 · 32 分 · 建议用时 35 分钟
第二套
考点:初等矩阵 · 非齐次方程组解的结构 · 合同、相似与正定 · 化零多项式求逆 · 极大无关组与方程组
(A) 将 的第 1 行的 倍加到第 3 行得到
(B) 将 的第 3 列的 倍加到第 1 列得到
(C) 将 的第 1 列的 倍加到第 3 列得到
(D) 将 的第 3 行的 倍加到第 1 行得到
答案与评分整套做完再展开
① 行变换写成左乘。,(把 的第 1 行的 2 倍加到第 3 行)。
左行右列:对行做的变换,等于用“对 做同样变换”得到的初等矩阵左乘。
② 求逆,乘法顺序反过来。,。
:左乘变成了右乘,所以 是对 做列变换。倍加矩阵求逆只需把 2 改成 。
③ 读出右乘 是哪种列变换。 的 元是 :作为列变换,它是“第 3 列的 倍加到第 1 列”。所以 由 的第 3 列的 倍加到第 1 列得到,选(B)。
同一个倍加矩阵,当行变换看和当列变换看方向相反: 元为 时,左乘是“第 1 行的 倍加到第 3 行”,右乘是“第 3 列的 倍加到第 1 列”。(C) 就是把方向弄反了。
答案:B
没拿满分就回看:2.5 初等变换与初等矩阵2011 数一(5)初等矩阵
(A) (B)
(C) (D)
答案与评分整套做完再展开
① 系数和为 1 的组合才是解。,所以 是解;,所以 也是解。
:系数和为 1 得非齐次的解,系数和为 0 得齐次的解。 本身都不是解,(B)(D) 错。
② 两个解相减得齐次解。。
非齐次方程组的两个解之差,是对应齐次方程组的解。
③ 基础解系只有一个向量。,所以 就是基础解系,通解为 。所以选(A)。
(C) 的特解是对的,但 满足 ,不是齐次解。
答案:A
没拿满分就回看:4.4 非齐次方程组的通解2011 数三(6)系数和为 1
(A) 若 与 合同,则存在正交矩阵 ,使
(B) 若 与 的特征值相同,则 与 合同
(C) 若 ,则 与 合同
(D) 若 均为正定矩阵,则 为正定矩阵
答案与评分整套做完再展开
① (B) 正确。实对称矩阵特征值相同 ⟹ 都正交相似于同一个对角矩阵:,于是 ( 是正交矩阵),既相似又合同。
实对称矩阵之间:特征值相同 ⟹ 相似 ⟹ 合同。
② 反例排除其余。(A): 与 合同(都是 3 个正特征值),但特征值不同;正交合同就是相似,不可能。(C): 的行列式为 ,却不正定,不与 合同。(D):、 都正定,但 不对称,谈不上正定。所以选(B)。
正定的定义先要求对称。“行列式 ”只说明负特征值的个数是偶数。
答案:B
没拿满分就回看:6.4 惯性定理与合同6.5 正定相似 vs 合同正定的充要条件
(I) 求 的值;(II) 求 的列向量组的一个极大线性无关组,并把其余列向量用该极大无关组线性表示;(III) 求方程组 的通解,并求其中满足 的全部解。
答案与评分整套做完再展开
① (I) 行变换。第 2、3、4 行分别减去第 1 行的 1、2、1 倍,得 ;再用第 2 行减第 3 行、第 4 行加第 3 行,得 。
含参数的矩阵求秩:先用不含参数的行把别的行“清干净”,让参数最后单独留在一个位置。
② 定参数。第 1、3 行已经给出秩 ;秩为 2 ⟺ 且 ,即 。
只要有一个不为 0,就多出一个非零行,秩变成 3。
③ (II) 化成行最简形,读出关系。 时继续化为 。主元在第 1、2 列, 是一个极大无关组,且 。
行变换不改变列向量之间的线性关系;行最简形第 3、4 列的数,就是用主元列表示它们的系数。验算: ✓。
④ (III) 齐次部分。由 和 得 的两个解 ;它们线性无关,且 ,所以是基础解系。
列关系 ⟺ 齐次解;基础解系的向量个数 = 未知数个数 − 秩。
⑤ 特解与通解。 直接给出特解 ,通解为 。
“ 用列表示”的系数就是一个特解,不必再解方程组。
⑥ 加上条件 。通解中 ,令二者相等得 。记 ,得 , 为任意常数。
在通解上再加一个线性条件,就是解一个关于 的方程,结果仍是“特解 + 齐次解”的形式。验算:,第 1、4 个分量相等 ✓。
答案:(I) ;(II) 是一个极大无关组,(不唯一);(III) 通解 ;满足 的解为
第三套 · 32 分 · 建议用时 35 分钟
第三套
考点:幂等矩阵 · 三个平面的位置 · 二次曲面(仅数一)· 余子式的组合 · 抽象矩阵的相似对角化
(A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4
答案与评分整套做完再展开
① 结论①成立。 ⟹ ; ⟹ 。
和第一套第 3 题是同一个夹逼。
② 结论②成立。特征值只能是 0 或 1。 说明 的每一列都满足 ,属于 1 的无关特征向量至少有 个;属于 0 的有 个( 的基础解系)。合计至少 个,而 阶矩阵最多只有 个线性无关的特征向量,所以正好 个,可对角化:,其中 1 有 个。
可对角化 ⟺ 能凑齐 个线性无关的特征向量。
③ ③成立。(用了 ),所以 可逆,逆矩阵就是 。
求逆用“凑”:设 ,展开并用 得 ,所以 。也可以看特征值: 的特征值是 1 和 2,都不为 0。
④ ④不一定成立。 = 特征值之和 = 1 的个数 = ,不是 ;例如 时 。一定成立的是①②③,选(C)。
把 换成对角矩阵 来算,每一条都一目了然:迹 = 秩 = 1 的个数。
答案:C
没拿满分就回看:可对角化与秩7.3 秩的不等式与等式
(A) (B) (C) (D) , 任意
答案与评分整套做完再展开
① 翻译。三个平面交于一条直线 ⟺ 方程组有解且解集是一条直线 ⟺ 。
公共点的集合就是方程组的解集;解集的维数是 ,直线是 1 维。
② 系数矩阵降秩。,。
时 ,三个平面交于一点,(C)(D) 错。
③ 增广矩阵也要秩 2。 时 ,需要 。所以选(A)。
时 ,没有公共点;三个法向量两两不平行,是“两两相交、三条交线互相平行”的三棱柱情形。
答案:A
(A) (B) (C) (D)
答案与评分整套做完再展开
① 特征值。( 为元素全为 1 的矩阵), 的特征值是 ,所以 的特征值为 。
型矩阵的特征值:(一个)和 ( 个)。
② 单叶双曲面的条件。正交变换后为 。右端为正时,单叶双曲面 ⟺ 两正一负。 是二重特征值,所以只能 且 ,即 。所以选(A)。
若 (),则 ,变成一正两负,是双叶双曲面,(B) 错。
③ 其余选项分别是什么曲面。:三个特征值全正,是椭球面;:特征值 , 是两个平行平面;:特征值 ,是圆柱面。
曲面类型只看特征值的符号和右端的符号,见笔记 6.6 节的表。
答案:A
没拿满分就回看:6.6 二次曲面2016 数一(6)2026 数一(7)
答案与评分整套做完再展开
① 余子式换成代数余子式。,所以 。
余子式不带符号,代数余子式带符号 ;第 4 行的符号依次是 。这一步错了,后面全错。
② 组合 = 换行后的行列式。 等于把 的第 4 行换成 后的行列式,所以所求为 。
与第 4 行本身的元素无关,原来的 根本用不上。
③ 计算。第 2 行加第 1 行、第 4 行加第 1 行,得 ;按第 1 列展开,得 。
先用倍加把第 1 列消到只剩一个非零元,再展开,计算量最小。
答案:
没拿满分就回看:1.5 按行展开2024 数三(7)2019 数二(14)
(I) 求矩阵 ,使 ,并求 的全部特征值;(II) 求可逆矩阵 (用 表示),使 为对角矩阵;(III) 求 ( 为正整数)。
答案与评分整套做完再展开
① (I) 系数按列装。,。
的第 列,是 用 表示时的系数。
② 与 相似。记 ,它可逆,。, 的特征值为 ,所以 (也就是 )的特征值为 。
相似矩阵的特征值相同。 是具体矩阵,所有计算都转到 上做。
③ (II) 先对角化 。属于 2 的特征向量:;属于 的:解 ,取 。令 ,则 。
这里只要求可逆矩阵,不要求正交矩阵,所以不必正交化。
④ 换回 。,取 。
的特征向量 对应 的特征向量 :。也可以直接验证:,。
⑤ (III) 把向量拆成特征向量的组合。设 。 线性无关,比较系数:,得 。
求 作用在某个向量上时,不必求出 :把向量拆成特征向量的组合,每一项乘上 即可。
⑥ 乘 。。
用 验算:;公式给出 ✓。
答案:(I) ,特征值 ;(II) (不唯一),;(III)
第四套 · 32 分 · 建议用时 35 分钟
第四套
考点:秩的等式 · 乘积矩阵的列向量组 · 特征向量与 的列 · 正定 · 可逆变换与正交变换
(A) (B)
(C) (D)
答案与评分整套做完再展开
① (A) 成立。,它的每一列都是 的列的线性组合,并到 旁边不会增加秩:。
口诀“右乘作用在列”: 的列是 的列的组合,所以 。
② 反例排除其余。(B):取 ,左边为 0。(C):,,,秩分别是 0 和 1(补 0 扩成 阶即可)。(D): 时左边为 ,右边为 0。所以选(A)。
“恒成立”的选择题:对的那个用定理说明,其余每个找一个最简单的反例。
答案:A
(A) 若 的列向量组线性无关,则 的列向量组线性无关
(B) 若 的列向量组线性无关,则 的列向量组线性无关
(C) 若 的列向量组线性无关,则 的列向量组线性无关
(D) 若 的行向量组线性无关,则 的行向量组线性无关
答案与评分整套做完再展开
① 把“列向量组线性无关”翻译成方程组。 的列线性无关 ⟺ 只有零解; 的列线性无关 ⟺ 只有零解。
一组列向量线性无关 ⟺ 以它们为列的矩阵 满足“ 只有零解” ⟺ 列满秩。
② (A) 正确。若 ,则 ;而 只有零解,所以 。即 只有零解, 的列线性无关。
的解都是 的解。用秩说也行:,所以 列满秩。
③ 反例排除其余。(B):,, 的列线性无关,但 的 3 个列向量都是 2 维的,必定线性相关。(C):取 。(D):取 。所以选(A)。
的列无关,只能推到右边的因子 ;左边的 可以有多余的列。对偶地, 的行无关只能推到左边的因子: 的行无关。
答案:A
没拿满分就回看:3.2 线性相关与线性无关左乘矩阵与相关性2010 数一(5)
(A) 若 ,则
(B) 若 ,则
(C) 若 ,则
(D) 若 ,则
答案与评分整套做完再展开
① 读出特征向量。。
按列读: 的第 列是属于 第 个对角元的特征向量。
② 判断 (A)(B)。 是两个属于 1 的特征向量之和,仍属于 1; 仍属于 ;三列线性无关, 可逆。所以 ,(A) 对,(B) 错。
同一特征值的特征向量做非零组合,仍是该特征值的特征向量;乘 不改变它属于哪个特征值。
③ 判断 (C)(D)。(C) 的三列依次属于 ,应得 ;(D) 中 是不同特征值的特征向量之和,不是特征向量, 不是对角矩阵。所以选(A)。
对角元的顺序跟着列的顺序走;不同特征值的特征向量相加,结果就不再是特征向量。
答案:A
没拿满分就回看:5.4 相似对角化2012 数一(6)2020 数二(8)
(I) 求可逆线性变换 ,将 化为 ;(II) 是否存在正交变换 ,将 化为 ?说明理由。
答案与评分整套做完再展开
① 把 配方。先集中 :;再集中 :。令 ,则 。
配方法“一次处理一个字母”。三个平方的系数全正,所以 正定,规范形为 。
② 把 配成同一个规范形。,令 ,则 。
两个二次型化到同一个规范形,用它当“中转站”;如果两者的规范形不同,就不存在可逆变换。
③ 对接,求 。令 。由 反解 :;再代入 ,得 。所以 。
,令 得 。自查:,且 ( 分别是 的矩阵)。答案不唯一。
④ (II) 不存在。若有正交矩阵 使 ,因为 , 与 相似,迹必须相等。但 ,;,。所以不存在。
可逆变换只要求合同(看惯性指数),正交变换还要求相似(看特征值)。判断“不存在”时先比迹,最省事。
答案:(I) (不唯一);(II) 不存在,因为 , 与 不相似
汇总
成绩汇总
只统计已勾选“已批改”的套卷。
| 套卷 | 得分 | 状态 |
|---|---|---|
| 第一套 | — / 32 | 未批改 |
| 第二套 | — / 32 | 未批改 |
| 第三套 | — / 32 | 未批改 |
| 第四套 | — / 32 | 未批改 |
| 合计 | — |
每套满分 32。32 分:这一套没有漏洞,保持计算习惯。27—31 分:丢分多半是计算失误或漏了检验,把丢分题重做一遍,并检查自己有没有按笔记里的“自查”方法验算。20—26 分:某一章有漏洞,按下面的“丢分清单”回到笔记对应小节,再做同类真题。20 分以下:先按笔记 0.4 节的 21 天计划把对应章节重读一遍,再来做下一套。