设对角矩阵
A=a110⋮00a22⋮0⋯⋯⋯00⋮ann
其中 aii=ajj(i=j;i,j=1,2,⋯,n), 证明和 A 可交换的矩阵只能是对角矩阵.
证明 设矩阵 B=b11b21⋮bn1b12b22⋮bn2⋯⋯⋯b1nb2n⋮bnn 和 A 可交换, 那么有
b11b21⋮bn1b12b22⋮bn2⋯⋯⋯b1nb2n⋮bnna110⋮00a22⋮0⋯⋯⋯00⋮ann=a110⋮00a22⋮0⋯⋯⋯00⋮annb11b21⋮bn1b12b22⋮bn2⋯⋯⋯b1nb2n⋮bnn
即有
a11b11a11b21⋮a11bn1a22b12a22b22⋮a22bn2⋯⋯⋯annb1nannb2n⋮annbnn=a11b11a22b21⋮annbn1a11b12a22b22⋮annbn2⋯⋯⋯a11b1na22b2n⋮annbnn
依次比较等式两边第 1 行,第 2 行, ⋯ ,第 n 行相应位置上的元素,可以得到
b12=b13=⋯=b1n=0b21=b23=⋯=b2n=0⋯bn1=bn2=⋯=bn,n−1=0
故结论成立。