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等价的列向量组构成的矩阵等价。 A. 正确 B. 错误

等价的列向量组构成的矩阵等价。 A. 正确 B. 错误

我们先明确一下题意。

题干说的是:“等价的列向量组构成的矩阵等价”。
这句话需要拆解成两个部分来理解。

什么是等价的列向量组
列向量组等价通常是指:两个向量组可以互相线性表出。
设有两个矩阵 Am×nA_{m \times n}Bm×nB_{m \times n},它们的列向量组等价,意味着 AA 的每一列可由 BB 的列向量组线性表出,且 BB 的每一列也可由 AA 的列向量组线性表出。

矩阵等价
矩阵等价(通常意义下)指的是存在可逆矩阵 PPQQ 使得 B=PAQB = PAQ,即 A,BA, B 有相同的秩,并且可以通过初等行列变换互化。


分析
若两个矩阵的列向量组等价,那么它们的列空间相同(作为子空间),因此矩阵的秩相同。
但矩阵等价不仅要求秩相同,而且要求矩阵的行数也相同(因为列向量组等价时行数必须相同才能谈相互线性表出),同时列数可以不同吗?
注意:如果两个矩阵列数不同,列向量组仍然可以等价,比如 A=[10]A = \begin{bmatrix}1\\0\end{bmatrix}B=[1200]B=\begin{bmatrix}1&2\\0&0\end{bmatrix},它们的列空间相同,列向量组等价(因为它们生成同一个 1 维空间,并且一个矩阵的列可由另一个矩阵的列线性表出,反之也成立吗?要小心——列数不同的情况下,如果一组的极大无关组与另一组的极大无关组可以互相线性表出,则称两向量组等价)。
但实际上对于矩阵等价 B=PAQB=PAQ 来说,AABB 行列数必须相同,因为 PPm×mm\times mQQn×nn\times n 的可逆矩阵,若 AABB 行数列数不同,就不可能通过可逆矩阵相乘得到(除非我们把矩阵等价的概念放松为“存在矩阵 PP 可逆和 QQ 可逆”,这时 A,BA,B 的行数和列数必须分别相等)。

因此,如果两个矩阵 A,BA, B 的列向量组等价,那么:

它们行数相同(否则无法谈列向量的相互表出),

它们的秩相同,

但是它们列数可能不同(例如上面例子 A2×1A_{2\times 1}B2×2B_{2\times 2} 列向量组等价,但列数不同,就不能有相同的列数,从而不可能用 QQ 为方阵的形式变换)。

所以列向量组等价并不保证矩阵等价(因为矩阵等价要求两矩阵同型)。


结论
“等价的列向量组构成的矩阵等价”——这里的“构成的矩阵”通常理解为我们有两个矩阵,它们各自的列向量组是等价的。但若它们的列数不一样,则矩阵不等价(矩阵等价定义要求同维数)。因此命题不正确


答案B. 错误

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