已知AX=XA、BX=XB,那么X是单位阵吗?怎么证明?

已知一个矩阵X和多个不同的矩阵A、B、C等,矩阵均可逆且均不为零矩阵
有AX=XA、BX=XB、CX=XC等,
那么X有什么特点?X是单位阵吗?怎么证明?

该回答通过自己思路及引用到GPTᴼᴾᴱᴺᴬᴵ搜索,得到内容具体如下:
已知AX=XA、BX=XB、CX=XC,我们需要证明X是否是单位阵。

首先,我们知道单位矩阵I具有一个非常重要的性质:对于任意矩阵A,有AI=IA=A。

现在,我们来证明X也具有这个性质,即证明对于任意矩阵A,有AX=XA。

对于任意矩阵A,我们有:

AXB = ABX (根据AX=XA和BX=XB)

CAXB = CABX (左乘C)

CAXBXC^-1 = CABXCX^-1 (右乘C^-1)

CA = AC

因此,我们可以得出结论:对于任意矩阵A,都有AX=XA。这意味着X是一个可交换的矩阵。

但是,仅仅因为矩阵X可交换并不足以证明它是单位矩阵。因此,我们需要进一步证明X是否是对角矩阵。

考虑矩阵B和C的情况,由于BX=XB和CX=XC,我们有:

BXC = XBC = XCB

将上式左乘X^-1,右乘C^-1,得到:

BX = XC

因此,我们可以得出结论:对于所有可逆矩阵B和C,都有BX=XC。这意味着X是一个对角矩阵。

综上所述,我们可以得出结论:矩阵X既是可交换矩阵,又是对角矩阵,因此它是单位矩阵。


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