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- 2021-06-17 发布
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矩阵与变换备考策略
主标题:矩阵与变换备考策略
副标题:通过考点分析高考命题方向,把握高考规律,为学生备考复习打通快速通道。
关键词:矩阵,二阶矩阵,变换,特征值,特征向量,备考策略
难度:3
重要程度:5
内容
考点一 矩阵与变换
【例1】 (2014·苏州市自主学习调查)已知a,b是实数,如果矩阵M=所对应的变换将直线x-y=1变换成x+2y=1,求a,b的值.
解 设点(x,y)是直线x-y=1上任意一点,在矩阵M的作用下变成点(x′,y′),则 =,
所以
因为点(x′,y′),在直线x+2y=1上,所以
(2+2b)x+(a+2)y=1,即
所以
【备考策略】 理解变换的意义,掌握矩阵的乘法运算法则是求解的关键,利用待定系数法,构建方程是解决此类题的关键.
【训练1】 已知变换S把平面上的点A(3,0),B(2,1)分别变换为点A′(0,3),B′(1,-1),试求变换S对应的矩阵T.
解 设T=,则T:→= ==,解得
T:→= ==,
解得综上可知T=.
考点二 二阶逆矩阵与二元一次方程组
【例2】 已知矩阵M=所对应的线性变换把点A(x,y)变成点A′
(13,5),试求M的逆矩阵及点A的坐标.
解 依题意得由M=,得|M|=1,
故M-1=.
从而由=得===,故∴A(2,-3)为所求.
【备考策略】 求逆矩阵时,可用定义法解方程处理,也可以用公式法直接代入求解.在求逆矩阵时要重视(AB)-1=B-1A-1性质的应用.
【训练2】 已知矩阵A=,
(1)求矩阵A的逆矩阵;
(2)利用逆矩阵知识解方程组
解 (1)法一 设逆矩阵为A-1=,
则由=,得
解得A-1=.
法二 由公式知若A==,
(2)已知方程组
可转化为
即AX=B,其中A=,X=,B=,且由(1),
得A-1=.
因此,由AX=B,同时左乘A-1,有
A-1AX=A-1B==.
即原方程组的解为
考点三 求矩阵的特征值与特征向量
【例3】 已知a∈R,矩阵A=对应的线性变换把点P(1,1)变成点P′(3,3),求矩阵A的特征值以及每个特征值的一个特征向量.
解 由题意 ==,
得a+1=3,即a=2,矩阵A的特征多项式为
f(λ)==(λ-1)2-4=(λ+1)(λ-3),
令f(λ)=0,所以矩阵A的特征值为λ1=-1,λ2=3.
①对于特征值λ1=-1,
解相应的线性方程组得一个非零解
因此,α=是矩阵A的属于特征值λ1=-1的一个特征向量;
②对于特征值λ2=3,解相应的线性方程组
得一个非零解
因此,β=是矩阵A的属于特征值λ2=3的一个特征向量.
【备考策略】 已知A=,求特征值和特征向量,其步骤为:
(1)令f(λ)==(λ-a)(λ-d)-bc=0,求出特征值λ;
(2)列方程组
(3)赋值法求特征向量,一般取x=1或者y=1,写出相应的向量.
【训练3】已知矩阵M=,求M的特征值及属于各特征值的一个特征向量.
解 由矩阵M的特征多项式f(λ)==
(λ-3)2-1=0,解得λ1=2,λ2=4,即为矩阵M的特征值.
设矩阵M的特征向量为,
当λ1=2时,由M=2,
可得
可令x=1,得y=1,
∴α1=是M的属于λ1=2的特征向量.
当λ2=4时,由M=4,
可得
取x=1,得y=-1,
∴α2=是M的属于λ2=4的特征向量.