2016 Vojtěch Jarník 국제수학경시대회 2분야 3번문제

정수 $n\ge 3$에 대해 다음 $n\times n$ 행렬의 모든 고유치(eigenvalue)를 중복을 포함하여 찾아라. \[ \begin{pmatrix}1&0&1&0&0&0&\cdots&\cdots&0&0\\0&2&0&1&0&0&\cdots&\cdots&0&0\\1&0&2&0&1&0&\cdots&\cdots&0&0\\0&1&0&2&0&1&\cdots&\cdots&0&0\\0&0&1&0&2&0&\cdots&\cdots&0&0\\0&0&0&1&0&2&\cdots&\cdots&0&0\\\vdots&\vdots&\vdots&\vdots&\vdots&\vdots&\ddots&&\vdots&\vdots\\\vdots&\vdots&\vdots&\vdots&\vdots&\vdots&&\ddots&\vdots&\vdots\\0&0&0&0&0&0&\cdots&\cdots&2&0\\0&0&0&0&0&0&\cdots&\cdots&0&1\end{pmatrix}\]

2016 제35회 전국 대학생 수학경시대회 제1분야 3번문제

양의 정수 $m$, $n$에 대하여 크기가 $m\times n$인 실행렬 $A$가 주어져 있다.
(1) 행렬 $X=I_m+AA^T$와 $Y=I_n+A^TA$는 가역임을 보여라.
(2) $\operatorname{tr}(X^{-1})-\operatorname{tr}(Y^{-1})$의 값을 구하여라.
(단, $A^T$는 $A$의 전치행렬, 양의 정수 $\ell$에 대하여 $I_\ell$은 크기가 $\ell\times\ell$인 단위행렬)