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高考申論題 109年 [醫學工程] 工程數學

第 一 題

📖 題組:
六、$A = \begin{bmatrix} 1 & 0 & -1 \\ 0 & 1 & 2 \\ 2 & 1 & 0 \end{bmatrix}$
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

求A的行列式值(determinant)。(5分)

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本題要求計算 3x3 矩陣的行列式。可直接利用降階法 (Laplace expansion) 對第一列或任一列/行展開計算。

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【解題關鍵】利用降階法 (Laplace expansion) 對第一列展開計算 $3 \times 3$ 矩陣行列式。 【解答】 計算:

小題 (二)

求A所有特徵值(eigenvalues)及其對應之特徵向量(eigenvectors)。(10分)

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解特徵方程式 det(A - λI) = 0 來求出所有特徵值,接著將各特徵值代回齊次方程式 (A - λI)x = 0,解線性系統找出對應的特徵向量。

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【解題思路】解特徵方程式 $\det(A - \lambda I) = 0$ 求出特徵值,再代回 $(A - \lambda I)\mathbf{x} = 0$ 求得對應的特徵向量。 【詳解】 已知:$A = \begin{bmatrix} 1 & 0 & -1 \ 0 & 1 & 2 \ 2 & 1 & 0 \end{bmatrix}$

小題 (三)

求A的零空間(null space)。(5分)

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零空間是滿足 Ax = 0 的解集合。由定義可知,這等價於特徵值 λ = 0 時的特徵空間。因此直接沿用子題(二)中 λ = 0 所得出的解即可。

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【解題思路】零空間為滿足方程組 $A\mathbf{x} = 0$ 的所有解集合,即特徵值 $\lambda=0$ 所對應之特徵空間。 【詳解】 已知:矩陣 $A$ 以及子題 (二) 之結果。

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