공통수학1행렬과 그 연산수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

멱등행렬 집합

문제

이차정사각행렬을 원소로 갖는 집합 MM을 다음과 같이 정의하자. M={AA2=A}M = \left\{ A | A ^{2} = A \right\} 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, EE는 단위행렬이다.) [4점] ㄱ. X2MX ^{2} \in M이면 XMX \in M이다. ㄴ. XMX \in M이면 EXE - XM\in M이다. ㄷ. XMX \in M, YMY \in M이고 XY=YXXY = - YX이면 모든 자연수 m,nm , n에 대하여 Xm+YnMX ^{m} + Y ^{n} \in M이다.

ㄱ, ㄴㄴ, ㄷ

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해설

ㄱ. (반례) X=(0100)\displaystyle X = \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix}라 하면 X2X ^{2}=(0100)(0100)\displaystyle = \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix}=(0000)\displaystyle = \begin{pmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} X4=X2X ^{4} = X ^{2}이므로, X2MX ^{2} \in M이지만, X2XX ^{2} \not = X이므로, XMX \notin M이다. (거짓) ㄴ. XMX \in M이므로, X2=XX ^{2} = X (EX)2( E - X ) ^{2}=E2X+X2= E - 2 X + X ^{2}=E2X+X= E - 2 X + X=EX= E - X \thereforeEXE - XM\in M(참) ㄷ. XMX \in M, YMY \in M이면 X2=XX ^{2} = X, Y2=YY ^{2} = Y XY=YXXY = - YX이면 XmYn=YnXmX ^{m} Y ^{n} = - Y ^{n} X ^{m}이므로, (Xm+Yn)2( X ^{m} + Y ^{n} ) ^{2}=(X2)m+(Y2)n+XmYn+YnXm= ( X ^{2} ) ^{m} + ( Y ^{2} ) ^{n} + X ^{m} Y ^{n} + Y ^{n} X ^{m}=Xm+Yn= X ^{m} + Y ^{n} \thereforeXm+YnMX ^{m} + Y ^{n} \in M(참)

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