86 指考數學甲 第 4 題
📅 86 年 📝 指考數學甲 第 4 題 題型:多選 課綱:99課綱
設 $A$、$B$、$C$ 皆為 $3 \times 3$ 矩陣,則下列敘述哪些是正確的?
  1. $AB=BA$ 恆成立
  2. $(AB)C=A(BC)$
  3. 若 $AB=O$,則 $A=O$ 或 $B=O$
  4. 若 $\det(A) \ne 0$,且 $AB=AC$,則 $B=C$
  5. $(A+B)^2=A^2+2AB+B^2$ 恆成立
unknown矩陣行列式、矩陣與應用
答案

$(2)(4)$

詳解
$(1)$ 錯誤:矩陣乘法不一定滿足交換律 $AB=BA$。例如取: $$A = \begin{bmatrix} 1 & -1 \\ 0 & 0 \end{bmatrix}, \ B = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 1 & 0 \end{bmatrix}$$ 則: $$AB = \begin{bmatrix} 1 & -1 \\ 0 & 0 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 1 & 0 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{bmatrix} = O$$ $$BA = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 1 & 0 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 1 & -1 \\ 0 & 0 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1 & -1 \\ 1 & -1 \end{bmatrix} \ne O$$ 故 $AB \ne BA$。 $(2)$ 正確:矩陣乘法恆滿足結合律,即 $(AB)C = A(BC)$。 $(3)$ 錯誤:若 $AB=O$,不代表 $A=O$ 或 $B=O$。例如 $(1)$ 中所取之反例,當 $A \ne O$ 且 $B \ne O$ 時,其乘積 $AB = O$。 $(4)$ 正確:因為 $\det(A) \ne 0$,故其反矩陣 $A^{-1}$ 存在。於 $AB = AC$ 等號兩側左乘 $A^{-1}$,得: $$A^{-1}(AB) = A^{-1}(AC) \implies (A^{-1}A)B = (A^{-1}A)C \implies IB = IC \implies B = C$$ $(5)$ 錯誤:矩陣平方展開為: $$(A+B)^2 = (A+B)(A+B) = A^2 + AB + BA + B^2$$ 由於矩陣乘法之交換律不一定成立(即 $AB$ 不一定等於 $BA$),故其一般不等於 $A^2 + 2AB + B^2$。 綜合以上,正確的敘述為 $(2)(4)$。

題目來源:民國86年大學聯考數學科試題(自然組) 第4題(來源PDF第5頁)

資料版本:2026-07-04(commit 790505b5)

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