设n阶方阵A满足A*A+A-I=0,试证矩阵A可逆

游客 发布于 2023-12-21 阅读(19)
要证明矩阵A可逆,我们需要证明存在一个矩阵B使得AB=BA=I,其中I是单位矩阵。

给定的方程是A*A+A-I=0,我们可以将其转化为:

A(A+I) = I

注意到这里,A+I是一个矩阵,我们试图找到一个矩阵B使得(A+I)B=I。如果能找到这样的B,那么我们就证明了A可逆,且A的逆为B。

现在考虑右边的矩阵方程(A+I)X=I。这是一个线性方程组,我们可以用克莱姆法则或者高斯消元法来求解。由于A*I=I,所以AX=0(这里的0表示零矩阵)是这个线性方程组的一个解。

但是,我们还需要验证这个解是否唯一。为此,我们考虑(A+I)的行列式。

记|A+I|=D,对原方程两边同时左乘(A+I)的伴随矩阵(A+I)^(-1),得到:

(A+I)^(-1)*(A+I)X = (A+I)^(-1)*I

化简得X = (A+I)^(-1)。

如果D≠0,那么(A+I)^(-1)存在,即X存在且唯一,也就是说(A+I)可逆。

现在我们回到A*A+A-I=0,将A提出来,得到:

A(A+I) = I

所以A*(A+I)^(-1) = I,即A的逆为(A+I)^(-1)。

因此,当|A+I|≠0时,矩阵A可逆。

接下来我们只需要证明|A+I|≠0。

假设|A+I|=0,那么根据克拉默法则或者秩-零度定理,可知(A+I)X=0有非零解。但这就与我们之前得出的AX=0是(A+I)X=I的唯一解矛盾。所以我们的假设不成立,即|A+I|≠0。

综上所述,矩阵A可逆。