线性代数公式定理综合(2)

2019-08-30 15:15

A??aij?3?2,B??bjt?2?3,则AB与BA都有意义,但其阶数不同;

c)即使AB与BA其阶数相同,但AB与BA也未必相同;如果AB=BA,则称A与B是可以交换的。

例如

?11??11???A??,B??11???1?1??,则AB与BA都有意义,但是AB?BA ????2)矩阵的乘法不满足消去律, 即一般地若

AB?AC,A?0,推不出B?C,例如若AX?0,A?0,推不出X?0

T3)若

AB有意义,则?AB??BTAT

3 几种特殊类型的矩阵

(1)0矩阵;(2)单位矩阵;(3)对角矩阵;数量矩阵;(4)三角矩阵;上三角、下三角矩阵; (5)对称矩阵:若

A??aij?n?n,aij?aji,即A?AT;

(6)反对称矩阵:若

A??aij?n?n,aij?-aji,即A?-AT;

A?0;

关于反对称矩阵常用的结论:1)A的主对角线上的元素全是0;2)若A是奇数阶行列式,则

(7)正交矩阵:若

A满足:AAT?ATA?E或AT?A?1,则称A是正交矩阵。

关于正交矩阵与对称矩阵的关系有:若A是一个实对称矩阵,则存在一个正交矩阵T使得:

??1??????2?; TTAT?T?1AT??????n?1?????n??(8)阶梯形矩阵

若A满足:0行全在非0行的下方,非0行的第一个非0的数它的下面的数全是0(若有的话); 关于阶梯形矩阵:任意一个矩阵A都可以通过初等变换化为阶梯形矩阵;

(9)分块矩阵;对一个矩阵进行适当的分快,可以带来很多方便,它有很多的应用;

(10)初等矩阵:初等矩阵与矩阵的初等变换关系非常密切,要充分理解它的概念和它的作用。

4 分块矩阵

当一个矩阵的阶数较高时,对此矩阵进行恰当的分块,更能容易看清其矩阵的规律和问题的结构特点。 矩阵分块的原则:在同一行中,其各个块矩阵的行数一致,在同一列中,其块矩阵列数一致; 分块矩阵运算的原则:

5

(1)分块矩阵的加法:若A+B,其对矩阵A,B的分块方法完全一致;

(2)分块矩阵的乘法:若AB,其对第一个矩阵的列的分法同第二个矩阵行的分法完全一致。 5初等矩阵、矩阵的初等变换、矩阵的等价

(1)初等矩阵的定义:对单位矩阵进行一次初等变换所得到的矩阵称为初等矩阵; 用四阶单位矩阵来说明初等矩阵的几种形式。 (2)初等变换

初等行变换、初等列变换; (3)初等变换与初等矩阵之间的关系

对矩阵A做一次初等行变换成为B,则B=PA(其中P是与行变换相对应的初等矩阵)举例说明:

?12?2??12A???23?1??2???r?1?(??2)??r2???0?13???B

??131????131???12?2??100??12则B?PA即B???0?13??????210????2??23?1???

?131????001????131??对于矩阵A作一次初等列变换成为B,则B=AP(其中P是与上述列变换相对应的初等矩阵)。

?举例说明A??12?2??23?1??10?2???c?1?(??2)??c2?????2?1?1??B ?131????111???10?2??12?2??1?B???2?1?1?????23?1???20??010??

??111????131????001??(4)矩阵A与B等价

如果A能够通过初等变换变为B则称A与B等价,用式子表示就是:

B?PtPt?1?P1AQ1Q2?Qs,其中Pi,Qj是初等矩阵

每一个矩阵A都与矩阵???Er0??00??等价,其中r是矩阵A的秩,即存在 ?初等矩阵P使得:P?P?Er0?i,QjtPt?11AQ1Q2?Qs????00?? ?6 关于n阶矩阵的逆矩阵 6

(1)逆矩阵的定义:设A是一个n阶矩阵,若有n阶方阵B使得

AB=E或BA=E

则称矩阵A是可逆的;

(2)n阶方阵A可逆的充要条件

1)用矩阵的方式描述:存在矩阵B使得 AB=E或BA=E(即定义); 2)用A的行列式

A来描述:A?0;

3)用矩阵的秩来描述:r(A)?n这里n是矩阵A的阶数; 4)用向量的观点来描述:矩阵A的行向量组(或列向量组)线性无关; 5)用方程组的观点来描述:方程组AX=0仅有0解; 6)用矩阵A的特征值来描述:A的特征值全不0;

(3)逆矩阵的性质

1)若A有逆矩阵,则逆矩阵是唯一的; 2)若A,B是同阶可逆矩阵,则AB也可逆,且3)

?AB??1?B?1A?1;

?1?A??1?1?A,AT?1???1?(A?1)T,?kA??k?1A?1,A?1?A,An?1???1?A?1??;

n?A?1?A0?4)??0B?????0???

(4)逆矩阵的求法

0??0?,??1??B??BA??0??1????A0???1B?1??0????1?0???BA?1?? 0??1)具体的数字矩阵常用的方法是用伴随矩阵的方法;或用初等变换的方法。这是两种最基本的方法,应该熟练,特别是对于三阶矩阵;

初等变换求逆矩阵的方法:

?A|E??一系列初等行变换???????E|B?,则B?A?1

2)对于抽象的矩阵A,求此逆矩阵,常用的方法是想办法找到矩阵B使得:AB=E,或BA=E,此时的B就是所求的逆矩阵;

3)如果要判断矩阵A是否可逆,就考虑上述的矩阵可逆的充要条件;

(5)关于伴随矩阵

1)伴随矩阵的定义,强调伴随矩阵中元素的构成规律; 2)伴随矩阵常用的性质 对于任意的方阵A均有此伴随矩阵

A*

7

使得AA*?A*A?AE

A?0时,A?1?1*A,当A?0时:AA*?A*A?0 A对于一般地方阵A,其伴随矩阵

A*的秩为:

?n若r(A)?n?r(A*)??1若r(A)?n?1

?0若r(A)?n?2?当

A?0时,A*?An?1,当A?0时A*?0。

(6)关于矩阵的秩

1)矩阵秩的定义:在矩阵A中,有一个不等于0的r阶子式Dr,且所有r+1阶子式(如果存在的话)全等于0,那么r称为矩阵A的秩,Dr称为矩阵A的最高阶非0子式。规定0矩阵的秩是0。

2)矩阵的秩与初等变换的关系:对矩阵A实行初等变换其秩不变

A?一系列初等变换?B,则r(A)?r(B)

3)矩阵秩的求法 应用上面的结论,求矩阵A的秩其一般方法是

A?一系列初等变换?????T(T是阶梯型矩阵),

则r(A)?r(T)?T的非0行的行数

4)有关矩阵秩的重要结论

r?A??rAT?rAAT(若A是实矩阵)

????若A?0,则1?r(A)?min?m,n?

r(A?B)?r(A)?r(B),r?AB??min?r(A),r(B)?,max?r(A),r(B)??r?A|B??r(A)?r(B)

若P、Q分别是可逆矩阵,且下列运算有意义,则

r(A)?r(PA)?r(AQ)?r(PAQ)

?A0??0??r??r(A)?r(B),r?0B??B???若A为m?n矩阵,B为n?s矩阵,且AB=0,则:

A???r(A)?r(B) 0??r(A)?r(B)?n

8

此外,矩阵的秩常常和向量组的秩联系起来,注意和向量组的秩的关系。

二 常见题型

题型一:有关矩阵运算律的考察和相关概念的考查 在考虑矩阵的乘积可交换时,常常利用题型二 矩阵可逆的计算与证明

(1)对于具体的三阶、四阶的数字矩阵求此逆,初等变换的方法一定要会,用伴随矩阵的方法要基本清楚; (2)如果给定了抽象的条件,要求

AA?1?A?1A?E来进行。

A?1,此时注意将条件转化为AB=E,或BA=E,此时的B就是要求的A?1。

在处理有关矩阵逆的问题的时候,注意逆矩阵的性质以及前面所讲的矩阵可逆的充要条件。

题型三 关于伴随矩阵

逆矩阵常常与伴随矩阵相联系,此外伴随矩阵也是多年来考察的热点。这类问题多注意伴随矩阵的定义以及与逆矩阵的关系。

题型四 有关初等矩阵及其初等变换的问题 题型五 解矩阵方程

将所给的条件转化为矩阵方程:对于矩阵方程或者先求出

AX?B或XA?B或AXC?B这里的矩阵A,C一般地都是可逆矩阵。

?A|B??初等行变换AX?B,其一般的解法为:?????E|D?,则这里的矩阵D?A?1B;

A?1,再计算A?1B。

对于其他类型的矩阵方程类似地可以给出求解方法。

题型5 关于矩阵的秩

1 具体的数字矩阵求秩,用初等变换进行,对矩阵A实行初等变换使之称为阶梯形矩阵T,由此可求出矩阵A的秩(在初等变换下,矩阵的秩不变);

2 利用矩阵的秩,等于矩阵A的行向量组的秩,等于矩阵A的列向量组的秩等性质。 3 注意矩阵秩的有关不等式。 题型6 求一个方阵的高次幂 当A是一个方阵的时候,

9

Ak才有意义,否则没有意义。


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