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关于可交换阵的专题讨论
$\bf命题:$设$\sigma \in L\left( {V,n,C} \right)$,${f_\sigma }\left( \lambda \right)$是$\sigma$的特征多项式,且$\left( {{f_\sigma }\left( \lambda \right),{{f‘}_\sigma }\left( \lambda \right)} \right) = 1$,则
(1)$\sigma \tau = \tau \sigma $当且仅当$\sigma$的特征向量都是$\tau $的特征向量
(2)$\sigma \tau = \tau \sigma $当且仅当$\tau $是${\sigma ^0},{\sigma ^1},{\sigma ^2}, \cdots ,{\sigma ^{n - 1}}$的线性组合
(3)$\sigma \tau = \tau \sigma $当且仅当存在次数小于$n$的多项式$f(x)$,使得$\tau = f\left( \sigma \right)$
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$\bf命题:$设$V$为$n$维复线性空间,$M$是$V$上一些线性变换组成的非空集合,已知$M$中的元素没有非平凡的公共不变子空间,且线性变换$\mathcal{B}$满足\[\mathcal{A}\mathcal{B} = \mathcal{B}\mathcal{A},\forall \mathcal{A} \in M\]证明:必存在复数$\lambda $,使得$\mathcal{B} = \lambda \mathcal{I}$,其中$\mathcal{I}$为恒等变换
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$\bf命题:$设${F^n}$为数域$F$上的$n$维向量空间,且$\sigma :{F^n} \to {F^n}$为线性变换,若对任意的$A \in {M_n}\left( F \right)$,有\[\sigma \left( {A\alpha } \right) = A\sigma \left( \alpha \right),\forall \alpha \in {F^n}\]
证明:存在$\lambda \in F$,使得$\sigma = \lambda \cdot id{F^n}$,其中$id{F^n}$为恒等变换
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$\bf命题:$设$A,B \in {M_n}\left( F \right)$,若$AB = BA$,则当$B$为幂零阵时,有$\left| {A + B} \right| = \left| A \right|$
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$\bf命题:$设$\sigma ,\tau \in L\left( {V,n,F} \right)$,且${\sigma ^2} = \sigma $,则$\sigma \tau = \tau \sigma $当且仅当$Ker\sigma $和$Im\sigma $均为$\tau$的不变子空间
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$\bf命题:$设$A \in {R^{n \times n}}$,已知$A$在${R^{n \times n}}$中的中心化子\[C\left( A \right) = \left\{ {X \in {R^{n \times n}}|AX = XA} \right\}\]是${R^{n \times n}}$的子空间,证明:当$A$为实对称阵时,$\dim C\left( A \right) \geqslant n$,且等号成立当且仅当$A$有$n$个不同的特征值
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$\bf命题:$设$\sigma ,\tau $为$n$维线性空间$V$的线性变换,并且各自有特征向量组成的基,则$\sigma \tau = \tau \sigma $的充要条件是存在$V$中的一组基,使得每个基向量都是$\sigma$与$\tau$的公共特征向量
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$\bf命题:$设${A_{n \times n}}$的特征多项式与最小多项式相同,则存在$B$,使得$AB=BA$当且仅当存在次数$\leqslant n - 1$的多项式$f(x)$,使得$B=f(A)$
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附录
$\bf命题:$设$A,B \in {M_n}\left( F\right)$,且矩阵$A$各特征值互异,若$AB=BA$,则$A,B$可同时相似对角化
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$\bf命题:$设$A,B \in {M_n}\left( F\right)$,且$A,B$均可对角化,若$AB=BA$,则$A,B$可同时相似对角化
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$\bf命题:$设$A,B$均为$n$阶实对称阵,若$AB = BA$,则存在正交阵$Q$,使得${Q^{ - 1}}AQ,{Q^{ - 1}}BQ$可同时相似对角化
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$\bf命题:$设$A,B \in {M_n}\left( F\right)$,若$AB = BA$,则存在可逆阵$P$,使得${P^{ - 1}}AP,{P^{ - 1}}BP$可同时上三角化
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$\bf命题:$
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