跳到主要内容

東京大学 工学系研究科 2019年度 数学 第2問

Author

祭音Myyura (co-authored with GPT 6 Astra)

Description

I.

次の行列を考える。

P=(003/220001/30).P=\begin{pmatrix}0&0&3/2\\2&0&0\\0&1/3&0\end{pmatrix}.
  1. すべての固有値と、それぞれに対応する単位固有ベクトルを求めよ。
  2. P2,P3P^2,P^3 を求めよ。

II.

a,b,c,d,ea,b,c,d,e は実数とし、次の行列を考える。

A=(00c00a00000b0000000e000d0).A=\begin{pmatrix} 0&0&c&0&0\\a&0&0&0&0\\0&b&0&0&0\\0&0&0&0&e\\0&0&0&d&0 \end{pmatrix}.

ある正の整数 mm に対して Am=IA^m=I となる必要十分条件を簡潔に述べよ。証明は不要である。

III.

MM は、すべての成分が 00 または 11 であり、各行・各列にちょうど一つの 11 をもつ 1212 次正方行列とする。Mk0=IM^{k_0}=I となる最小の正の整数を k0k_0 とする。このような MM 全体における k0k_0 の最大値を求めよ。証明は不要である。

题目描述

I.

P=(003/220001/30).P=\begin{pmatrix}0&0&3/2\\2&0&0\\0&1/3&0\end{pmatrix}.
  1. 求全部特征值及相应的单位特征向量。
  2. P2,P3P^2,P^3
II.

a,b,c,d,ea,b,c,d,e 均为实数,

A=(00c00a00000b0000000e000d0).A=\begin{pmatrix} 0&0&c&0&0\\a&0&0&0&0\\0&b&0&0&0\\0&0&0&0&e\\0&0&0&d&0 \end{pmatrix}.

简洁写出存在正整数 mm 使 Am=IA^m=I 的充要条件,不必证明。

III.

MM1212 阶矩阵,各元素为 0011,每行每列恰有一个 11。以 k0k_0 表示使 Mk0=IM^{k_0}=I 的最小正整数。求所有这类 MMk0k_0 的最大值,不必证明。

Kai

I.

  1. 特性方程式は λ3=1\lambda^3=1 である。ω=e2πi/3\omega=e^{2\pi i/3} とおけば
λ{1,ω,ω2},vλ=17(3λ62λ2).\boxed{\lambda\in\{1,\omega,\omega^2\},\qquad v_\lambda=\frac17\begin{pmatrix}3\lambda\\6\\2\lambda^2\end{pmatrix}}.

λ=1|\lambda|=1 より vλvλ=(9+36+4)/49=1v_\lambda^*v_\lambda=(9+36+4)/49=1 である。

  1. 直接計算すると
P2=(01/200032/300),P3=I.\boxed{P^2=\begin{pmatrix}0&1/2&0\\0&0&3\\2/3&0&0\end{pmatrix},\qquad P^3=I}.

II.

二つの対角ブロックはそれぞれ B3=abcI3B^3=abcI_3C2=deI2C^2=deI_2 を満たす。したがって必要十分条件は

abc{1,1},de{1,1}.\boxed{abc\in\{1,-1\},\qquad de\in\{1,-1\}}.

このとき A12=IA^{12}=I が成り立つ。

III.

置換を互いに素な巡回置換に分解すると、その位数は各巡回の長さの最小公倍数となる。長さの和が 1212 のとき、最大値は長さ 5,4,35,4,3 の組で達成される。

maxk0=lcm(5,4,3)=60.\boxed{\max k_0=\operatorname{lcm}(5,4,3)=60}.