88 指考數學甲 第 4 題
📅 88 年 📝 指考數學甲 第 4 題 題型:多選 課綱:99課綱
下列各方陣中何者之秩為 $2$?
  1. $\begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 2 & 4 & 6 \\ 3 & 6 & 9 \end{pmatrix}$
  2. $\begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 2 & 4 & 6 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}$
  3. $\begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 0 & 1 & 2 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}$
  4. $\begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 2 & 3 & 4 \\ 3 & 4 & 5 \end{pmatrix}$
  5. $\begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 1 & 4 & 9 \\ 1 & 8 & 27 \end{pmatrix}$
矩陣的秩矩陣行列式、矩陣與應用
解題手法公式代入〔AI 推測〕
答案

(4)

詳解
我們利用列簡化梯形形式 (RREF) 或行列式值來判斷各方陣的秩 (Rank): (1) $A_1 = \begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 2 & 4 & 6 \\ 3 & 6 & 9 \end{pmatrix}$。因為 $R_2 = 2R_1$, $R_3 = 3R_1$,所有列向量皆與 $R_1$ 線性相關,故 $\text{Rank}(A_1) = 1$。 (2) $A_2 = \begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 2 & 4 & 6 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}$。因為 $R_2 = 2R_1$, $R_3 = 0$,故 $\text{Rank}(A_2) = 1$。 (3) $A_3 = \begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 0 & 1 & 2 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}$。此為上三角矩陣且對角線元素皆不為 $0$,其行列式值 $\det(A_3) = 1 \cdot 1 \cdot 1 = 1 \neq 0$,故 $\text{Rank}(A_3) = 3$。 (4) $A_4 = \begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 2 & 3 & 4 \\ 3 & 4 & 5 \end{pmatrix}$。 將矩陣進行列初等變換: $R_2 - 2R_1 = (0, -1, -2)$ $R_3 - 3R_1 = (0, -2, -4)$ 因為 $R_3 - 3R_1 = 2(R_2 - 2R_1)$,第三列為多餘,故線性獨立的列向量個數為 $2$,$\text{Rank}(A_4) = 2$。 (5) $A_5 = \begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 1 & 4 & 9 \\ 1 & 8 & 27 \end{pmatrix}$。 計算其行列式: $\det(A_5) = 1(4 \cdot 27 - 9 \cdot 8) - 2(1 \cdot 27 - 9 \cdot 1) + 3(1 \cdot 8 - 4 \cdot 1) = 36 - 36 + 12 = 12 \neq 0$。 因此其為滿秩矩陣,$\text{Rank}(A_5) = 3$。 故選 (4)。

題目來源:民國88年大學聯考數學科試題(自然組) 第4題(來源PDF第4頁)

資料版本:2026-07-04(commit 790505b5)

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