关于秩1阵与全1阵的专题讨论

秩$1$矩阵

$\bf命题：$设实矩阵$A = {\left( {{a_1}, \cdots ,{a_n}} \right)^T}\left( {{a_1}, \cdots ,{a_n}} \right)$，且$\sum\limits_{k = 1}^n {{a_k}^2}  = 1$，证明：$\left| {E - 2A} \right| =  - 1$

$\bf练习：$$\bf(09南开五)$设$V$为数域$P$上的$n$维线性空间，$\mathcal{A}$为$V$上的线性变换，且$r\left( {\cal A} \right) = 1$，证明：若$\mathcal{A}$不可对角化，则必是幂零的

全$1$矩阵

$\bf命题：$证明$X=XJ+JX$只有零解，其中$X,J$均为$n$阶方阵，且$J$的所有元素为$1$

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$\bf(12华科五)$设$A$的所有元素为$1$，求$A$的特征多项式与最小多项式，并证明存在可逆阵$P$，使得${P^{ - 1}}AP$为对角阵

$\bf(10华科六)$设在${R^n}$空间中，已知线性变换$T$在任一基${e_i}$下的坐标均为${\left( {1,1, \cdots ,1} \right)^\prime }$，其中${e_i}$为单位阵的第$i$列的列向量，求$T$的特征值，并证明存在${R^n}$中的一组标准正交基，使得$T$在这组基下的矩阵为对角阵

$\bf(11华南理工七)$用$J$表示元素全为$1$的$n$阶矩阵$\left( {n \ge 2} \right)$，设$f\left( x \right) = a + bx$是有理数域$Q$上的一元多项式，令$A=f(J)$

$(1)$求$J$的全部特征值与特征向量

$(2)$求$A$的所有特征子空间

$(3)$$A$是否可对角化？如果可对角化，求$Q$上的一个可逆阵$P$，使得${P^{ - 1}}AP$为对角阵，并写出这个对角阵

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附录(秩1矩阵)

$\bf命题1：$$n$阶矩阵$A$的秩为$1$的充要条件是存在非零列向量$\alpha ,\beta $，使得$A = \alpha \beta ‘$

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$\bf命题2：$设$\alpha ,\beta $为$n$维非零列向量，且$A = \alpha \beta ‘$，则${A^2} = tr\left( A \right) \cdot A$，进而${A^k} = tr{\left( A \right)^{k -1}} \cdot A$

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$\bf命题3：$设$\alpha ,\beta $为$n$维非零列向量，且$A = \alpha \beta ‘$，求$A$的特征值与特征向量

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$\bf命题4：$设$\alpha ,\beta $为$n$维非零列向量，且$A = \alpha \beta ‘$，求$A$的最小多项式

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$\bf命题5：$设$\alpha ,\beta $为$n$维非零列向量，且$A = \alpha \beta ‘$，则$A$相似于对角阵的充要条件是$tr\left( A \right) \ne 0$

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$\bf命题6：$设$\alpha ,\beta $为$n$维非零列向量，且$A = \alpha \beta ‘$，求$A$的$Jordan$标准形

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