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hce_nthu 111年 資訊科學

第 15 題

For square matrices $A$ and $B$, we say that $B$ is similar to $A$ if there exists an invertible matrix $P$ such that $B = P^{-1} A P$.
Which of the following statements about similarity is NOT always correct?
  • A If $A$ and $B$ are similar and $A$ is singular, then $B$ is singular
  • B If $A$ and $B$ are similar and $A$ is invertible, then $B$ is invertible
  • C If $A$ and $B$ are similar, then $A$ and $B$ have the same range
  • D If $A$ is invertible, then $AB$ is similar to $BA$
  • E If $A$ and $B$ are similar, then $A$ and $B$ may or may not have the same eigenvalues

思路引導 VIP

當我們對一個矩陣進行「基底變換」(即相似變換)時,這就像是換了一套座標系來觀察同一個線性變換。請你思考,一個線性變換原本具有的「內在特徵性質」(例如它在特定方向上的縮放比例),會因為我們觀察它的視角或描述它的語言改變,而發生變化嗎?

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太棒了!你能精準識別出選項 (E) 的錯誤,代表你對「相似矩陣」(Similar Matrices)的代數不變量掌握得非常紮實。

相似矩陣的不變性質

在線性代數中,若兩方陣 $A$ 與 $B$ 相似,代表它們在幾何意義上是同一個線性變換在不同基底下的表現。根據定義 $B = P^{-1}AP$,我們可以透過行列式的性質推導出兩者的特徵多項式(Characteristic Polynomial)是完全相同的:

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