공통수학1행렬과 그 연산수능 기출기본 문제 (3점 중반)

행렬 거듭제곱 합

문제

행렬 A=(2112)\displaystyle A = {\begin{pmatrix} 2 & - 1 \\ 1 & - 2 \end{pmatrix}}에 대하여 행렬 A+A2+A3+A4A + A ^{2} + A ^{3} + A ^{4}의 모든 성분의 합을 구하시오. [3점]

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24

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해설

[출제의도] 행렬의 연산과 거듭제곱을 계산한다. A=(2112)\displaystyle A = {\begin{pmatrix} 2 & - 1 \\ 1 & - 2 \end{pmatrix}}에서 A2=(2112)(2112)=(3003)=3E\displaystyle A ^{2} = {\begin{pmatrix} 2 & - 1 \\ 1 & - 2 \end{pmatrix}} {\begin{pmatrix} 2 & - 1 \\ 1 & - 2 \end{pmatrix}} = {\begin{pmatrix} 3 & 0 \\ 0 & 3 \end{pmatrix}} = 3 E (단, EE는 단위행렬) 이므로 A3=3AA ^{3} = 3 A, A4=9EA ^{4} = 9 E이다. A+A2+A3+A4A + A ^{2} + A ^{3} + A ^{4} =A+3E+3A+9E= A + 3 E + 3 A + 9 E =4A+12E= 4 A + 12 E =4(2112)+12(1001)\displaystyle = 4 {\begin{pmatrix} 2 & - 1 \\ 1 & - 2 \end{pmatrix}} + 12 {\begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}} =(20444)\displaystyle = {\begin{pmatrix} 20 & - 4 \\ 4 & 4 \end{pmatrix}} 따라서 구하는 행렬의 모든 성분의 합은 20+(4)+4+4=2420 + \left( - 4 \right) + 4 + 4 = 24

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