线性代数知识框架笔记总结
2022-11-01 11:40:29 0 举报
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线性代数知识框架笔记总结
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大纲/内容
初等矩阵是指由单位矩阵经过一次初等变换得到的矩阵。初等矩阵的模样可以写一个3阶或者4阶的单位矩阵。
定义
(1)在解线性方程组中的应用 初等行变换不影响线性方程组的解,也可用于高斯消元法,用于逐渐将系数矩阵化为标准形。初等行变换不改变矩阵的核(故不改变解集),但改变了矩阵的像。反过来,初等列变换没有改变像却改变了核。(2)用于求解一个矩阵的逆矩阵有的时候,当矩阵的阶数比较高的时候,使用其行列式的值和伴随矩阵求解其逆矩阵会产生较大的计算量。这时,通常使用将原矩阵和相同行数(也等于列数)的单位矩阵并排,再使用初等变换的方法将这个并排矩阵的左边化为单位矩阵,这时,右边的矩阵即为原矩阵的逆矩阵。
应用
三种 (1)交换矩阵中某两行(列)的位置; (2)用一个非零常数k乘以矩阵的某一行(列);(3)将矩阵的某一行(列)乘以常数k后加到另一行(列)上去。1.三类初等矩阵都是可逆矩阵,即非奇异阵。2.三类初等矩阵行列式的值是:(1):-1 (2):k (3):1
初等变换
初等矩阵
m×n阶矩阵A和B,如果这两个矩阵满足B=QAP(P是n×n阶可逆矩阵,Q是m×m阶可逆矩阵),那么这两个矩阵之间是等价关系。也就是说,存在可逆矩阵(P、Q),使得A经过有限次的初等变换得到B。
性质
等价矩阵
矩阵A为n阶方阵,若存在n阶矩阵B,使得矩阵A、B的乘积为单位阵,则称A为可逆阵,B为A的逆矩阵。若方阵的逆阵存在,则称为bgt;可逆矩阵或bgt;非奇异矩阵,且其逆矩阵唯一。
可逆矩阵的性质
判别方法
运算公式
可逆矩阵(非奇异矩阵)
设A,B和C是任意同阶方阵,则有; (1)反身性:A~ A (2)对称性:若A~ B,则 B~ A (3)传递性:若A~ B,B~ C,则A~ C (4)若A~ B,则r(A)=r(B),|A|=|B|,tr(A)=tr(B)。 (5)若A~ B,且A可逆,则B也可逆,且B~ A。 (6)若A~ B,则A与B 两者的秩相等; 两者的行列式值相等; 两者的迹数相等; 两者拥有同样的特征值,尽管相应的特征向量一般不同; 两者拥有同样的特征多项式; 两者拥有同样的初等因子。 (7)若A与对角矩阵相似,则称A为可对角化矩阵,若n阶方阵A有n个线性无关的特征向量,则称A为单纯矩阵。 (8)相似矩阵具有相同的可逆性,当它们可逆时,则它们的逆矩阵也相似 。
相关定理
判断两个矩阵是否相似的辅助方法:(1)判断特征值是否相等;(2)判断行列式是否相等;(3)判断迹是否相等;(4)判断秩是否相等。以上条件可以作为判断矩阵是否相似的必要条件,而非充分条件。(两个矩阵若相似于同一对角矩阵,这两个矩阵相似。)
判断方法
相似矩阵
伴随矩阵的定义
伴随矩阵的性质
伴随矩阵相关公式
伴随矩阵
bgt; font color=quot;#c41230quot;gt;广义定义/fontgt;:设M是n阶方阵,如果对任何非零向量z,都有zTMzgt; 0,其中zT 表示z的转置,就称M为正定矩阵。例如:B为n阶矩阵,E为单位矩阵,a为正实数。在a充分大时,aE+B为正定矩阵。(B必须为对称阵)bgt; font color=quot;#c41230quot;gt;狭义定义/fontgt;:一个n阶的实对称矩阵M是正定的的条件是当且仅当对于所有的非零实系数向量z,都有zTMzgt; 0。其中zT表示z的转置。
font color=quot;#381e11quot;gt;正定矩阵拓展/fontgt;
定义扩展
(1)正定矩阵的行列式恒为正;(2)实对称矩阵A正定当且仅当A与单位矩阵合同;(3)若A是正定矩阵,则A的逆矩阵也是正定矩阵;(4)两个正定矩阵的和是正定矩阵;(5)正实数与正定矩阵的乘积是正定矩阵。
等价描述
(1)求出A的所有特征值。若A的特征值均为正数,则A是正定的;若A的特征值均为负数,则A为负定的。(2)计算A的各阶主子式。若A的各阶主子式均大于零,则A是正定的;若A的各阶主子式中,奇数阶主子式为负,偶数阶为正,则A为负定的。
正定矩阵
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