109_07A_q08
109 指考數學甲 第 8 題
📅 109 年 📝 指考數學甲 第 8 題 題型:多選 課綱:108課綱
設二階實係數方陣 $A$ 代表坐標平面的一個鏡射變換且滿足 $A^3 = \begin{bmatrix} 0 & -1 \\ -1 & 0 \end{bmatrix}$;另設二階實係數方陣 $B$ 代表坐標平面的一個(以原點為中心的)旋轉變換且滿足 $B^3 = \begin{bmatrix} -1 & 0 \\ 0 & -1 \end{bmatrix}$,試選出正確的選項。
  1. $A$ 恰有三種可能
  2. $B$ 恰有三種可能
  3. $AB = BA$
  4. 二階方陣 $AB$ 代表坐標平面的一個旋轉變換
  5. $BABA = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{bmatrix}$
矩陣矩陣線性變換鏡射矩陣旋轉矩陣矩陣與線性變換行列式、矩陣與應用
解題手法公式代入〔AI 推測〕
答案

$(2)(5)$

詳解
二階鏡射方陣 $A$ 滿足 $A^2 = I$,故 $A^3 = A \cdot A^2 = A$。 由 $A^3 = \begin{bmatrix} 0 & -1 \\ -1 & 0 \end{bmatrix}$ 可知 $A = \begin{bmatrix} 0 & -1 \\ -1 & 0 \end{bmatrix}$,故 $A$ 只有一種可能。(1) 錯誤。 二階旋轉方陣 $B$ 設其旋轉角為 $\phi$,則 $B^3$ 之旋轉角為 $3\phi$。 已知 $B^3 = \begin{bmatrix} -1 & 0 \\ 0 & -1 \end{bmatrix}$ 為旋轉 $180^\circ$ 的矩陣。 故 $3\phi = 180^\circ + 360^\circ k \implies \phi = 60^\circ + 120^\circ k$。 當 $k=0, 1, 2$ 時,$\phi = 60^\circ, 180^\circ, 300^\circ$,故 $B$ 有三種可能。(2) 正確。 (3) 錯誤。旋轉與鏡射變換通常不滿足交換律。 (4) 錯誤。鏡射矩陣與旋轉矩陣相乘結果仍為鏡射矩陣,而非旋轉矩陣。 (5) 正確。因為 $BA$ 是鏡射變換(旋轉與鏡射之積),其平方必為單位矩陣 $I$,故 $BABA = (BA)^2 = I = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{bmatrix}$。 故選 (2)(5)。

題目來源:大學入學考試中心公開試題。

解析狀態:本解析由 AI 輔助產出,未經人工審核,非官方詳解,僅供學習參考。如與官方公告不同,請以官方公告為準。