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线性代数笔记第二天

时间:2022-12-16 11:32:48浏览次数:59  
标签:... 矩阵 笔记 a1 第二天 线性代数 线性 a2 向量


解线性方程组:

   克莱姆法则: 方程组有解且唯一;

   逆矩阵(初等变换): 利用逆矩阵可解 线性方程组;

        当系数行列式D =0时,则方程组无解 或 有无穷解;

       齐次式 : 等式右边全为零(标准方程).    注意: x^3 + 2*x^2 - 5 = 0 不是标准方程,因为它的常数项不为零;

   齐次线性方程组(增广矩阵)

         1.只有零解,  此时 D =/= 0 ,且是唯一解;

         2. 有非零解,此时 D =0, 且是无穷解;

矩阵的变换:

   A~B:

           A与B 等价,即  A 经过 有限次 初等变换  可变成B;

           性质:  1.  反身性: A~A;

                        2.  对称性: A~B, B~A;

                        3.  传递性: A~B,  B~C,  A~C;

   满秩矩阵: 可逆矩阵;

   等价标准型

             

线性代数笔记第二天_线性方程组

 

   初等矩阵

          单位矩阵经过一次初等变换 所获得的矩阵;

          性质:   E(i,j) : 第 i  行  与  j 行 换位置;

                     E( i(k) ):  第 i 行 的k 倍;

                     E(i, j(k) ): 第  j 行的 k 倍 加到  i 行;

    左乘

             初等矩阵 *  矩阵 =  矩阵的 行 初等变换( 按照 行初等矩阵  的规则 变换) 

     右乘

              矩阵 * 初等矩阵 = 矩阵的  列 初等变换( 按照 列初等矩阵 的规则  变换);

     

线性代数笔记第二天_线性方程组_02

:   A 与 B 行等价;其充要条件为: 存在 n 阶 可逆矩阵P,使得  PA=B;     

线性代数笔记第二天_逆矩阵_03

:  A与B  列等价; 其充要条件为: 存在n 阶可逆矩阵Q ,使得 AQ =B;

     m*n阵中 A与B 的充要条件

                     存在 m 阶可逆阵 P, n 阶可逆阵 Q, St PAQ = B.

                      PAQ = p1* p2* p3 ....pn* A*q1 *q2 *q3 ...qn = B;

                若 AX=B,   则  X = A^-1 *B;

                 增广矩阵(A,B)= (E,A^-1 * B)  ;

     方阵A 可逆的充要条件:   

              A 可表示为  若干矩阵的乘积;  即 A ~ E;

矩阵的秩:

     矩阵的k 阶子式

             在 m*n 阶矩阵中, 任取 k行k列,(k<=m, k<=n),由它们 的交点 构成的 k^2 个元素 按照原来的顺序构成的行列式;

      k阶子式的个数

              

线性代数笔记第二天_线性方程组_04

      零子式: 当一个 k阶子式 = 0时,称为 零子式;

      : 

           若r 为矩阵 A 的 非零子式 的最高 阶数, 则 r称为 矩阵A 的秩;记作: 线性代数笔记第二天_逆矩阵_05 , 

线性代数笔记第二天_逆矩阵_06

 或 

线性代数笔记第二天_逆矩阵_07

            属性:

                     规定: R(0) =0:   即 零矩阵 的秩 为零;

                     m*n 阶 矩阵的秩:  0 <= R(A) <= min(m,n);

                     R(A)  = R(A^t);

                     满秩矩阵  等价于 可逆矩阵;  降秩矩阵  等价于  不可逆矩阵;

            性质: 

                    R(PAQ) = R(PA) = R(AQ) = R(A);  其中,P,Q为可逆矩阵;

                    max{ R(A), R(B) } <= R(A,B)  <= R(A) + R(B);

                    max{R(A), R(B) } <= 

线性代数笔记第二天_逆矩阵_08

  <= R(A) +R(B);

                    R(A+B) <=  R(A)+R(B);

                    R(AB) <= min{ R(A),R(B) }

矩阵解线性方程组:

       若系数矩阵为 A, 则 记: 线性代数笔记第二天_线性方程组_09 为 增广矩阵;

       解的个数

             1.唯一解:  R(A)=R(线性代数笔记第二天_线性方程组_09) = 未知数的个数;

             2.无穷解:  R(A) = R(线性代数笔记第二天_线性方程组_09) < 未知数的个数;

             3.无解:  R(A) =/= R(线性代数笔记第二天_线性方程组_09);

       自由未知量的个数: = 未知数的个数 - 秩;

   对于讨论参数 形问题(即参数为何值时,有唯一解?无解?无穷解?),其方法有:

           1.利用 秩 计算;   2. 利用 克莱姆法则;

向量组:

       n 维向量

              由  a1,a2 ... an 组成的 有序数组 称为  n维向量, 每个数 称为 其 分量; 

             这里的 n维 向量 即 指的是 行 (或者是 列)  矩阵;  一行n列的矩阵 称为 行 向量;

       向量组

               同一维度 的向量构成的集合,称为 向量组;

               eg:  m*n 阵中, 列向量组为  : 

线性代数笔记第二天_线性方程组_13

          ,  行向量组为: 

线性代数笔记第二天_线性方程组_14

       向量组的线性组合

                如: 有向量组: 

线性代数笔记第二天_线性方程组_13

                            实数组:  k1,k2 ... kn ; 

                 则  称:  k1*a1 + k2*a2 + ...+ kn*an  为向量组A 的线性组合; 

                若一个向量 b=k1*a1 + k2*a2 + ...+ kn*an,  则 称  b 为 向量组A 的一个线性组合; 或 称 b  能够由 向量组A 线性表示

        向量组的线性表示:

                 若 向量组A :a1,a2 ...an;

                      向量组B :b1,b2 ...bn;

                      若 B 中的每一个向量都能由 向量组A  线性表示, 则称  向量组B  能由向量组A 线性表示; 

        向量组等价

                    R(A) = R(B) = R(A,B)  <==>  若向量组 A 与 向量组B 能够互相表示,则称 向量组A 与B 等价;

                 若向量组 B 能 由 向量组 A 线性表示, 则  R(B) <= R(A);

        线性相关 与 线性无关:

                 若向量组A: a1,a2 ... am

                 有:不全为零的实数组: λ1,λ2 ... λm;

                  使得   λ1*a1 + λ2*a2 + ... λm*am =0, 则 称 向量组 A 线性相关,否则线性无关

               向量组线性相关的条件

                    当且仅当向量组中 至少有一个向量 可 由 其余向量线性表示; 

               性质

                    m 个 n维 向量 (m>n) 构成的向量组 一定 线性相关;

                    若向量组A :  a1,a2,... am 线性无关;

                        向量组B:a1,a2,... am,b 线性相关;

                        则b  能 由 向量组 A 线性表示, 且表达式唯一;

                        反之,若向量B 线性无关,则向量A 也线性无关;

        向量组的秩

               若 A 为 一个向量组, A 的部分组 A0:  a1,a2, ...  ar 满足: 

                      1.  A0:  a1,a2,... ar 线性无关;

                      2.  A 的任意向量 都可 由 A0 线性表示;

                 则称  A0 为 向量组 A 的一个最大线性无关组, 简称  最大无关组, r 称为向量组  A 的秩,记作 :线性代数笔记第二天_逆矩阵_16

                 注:  只含有 零向量的向量组,规定秩为零;

                          一个线性无关向量组 就是其本身; 

                          向量组的最大无关组 一般不是唯一的;

                         矩阵的秩 = 行向量组的秩  = 列向量组 的秩; 

                        向量组 b1,b2 ... bm  能由 向量组 a1,a2 ... am 线性表示的充要条件: 

                                   R(a1,a2 ... am) = R(a1,a2 ... am, b1,b2 ... bm);

                        若向量组  b1,b2 ... bm  能由  向量组 a1,a2 ... am 线性表示: 

                                   则  R (b1,b2 ... bm) <= R(a1,a2 ... am);

线性方程组的解的结构:

          若  ε1,ε2  是 齐次式 的解, 则 x = ε1+ε2, x= k*ε1 , 及 x= k1*ε1+k2 仍是它 的解,即两个解的任意线性组合 ,仍是它的解;

          基础解系

               若 ε1,ε2 ... , 若ε(n-r) 是Ax =0 的解,其满足:

                   1.   ε1,ε2...ε(n-r)  线性无关;

                   2.   Ax =0 的 任一解  可由:   ε1,ε2 ... ε(n-r) 线性表示;

                则称: ε1,ε2 ... ε(n-r) 是  Ax =0 的一个基础解系;

                注: 

                      证明基础解系有三个条件: 解 --> 线性无关  -->   线性表示;

                      基础解系中向量的个数 =  自由未知量的个数,  通解 是基础解系 的倍数;

                      若: 

线性代数笔记第二天_方程组_17

有解,则其通解为: 

线性代数笔记第二天_逆矩阵_18

                           其中,线性代数笔记第二天_逆矩阵_19是 非齐次 的一个特解 , 可 令 自由未知量 =0;

                                     ε 是齐次的通解, 可令 非齐次式 系数 视为 0,求基础解系; 


2019.4.12 补充:

伴随矩阵的秩与原矩阵的关系:

      若 A 为 n阶矩阵:

            1.若 r(A) = n,   则 r(A*)=n, 即 若原矩阵的秩 为 满秩,伴随矩阵也为 满秩。

            2.若 r(A) = n-1, 则 r(A*) = 1;

            3.若 r(A) < n-1, 则 r(A*) =0;

            注意到,它的 有效区间 只有一个单位;

2019.4.14 补充:

线性代数中两种等价关系:

       1.向量组的等价:    R(A) = R(B) = R(A,B)  <==>  若向量组 A 与 向量组B 能够互相表示,则称 向量组A 与B 等价;

       2.矩阵的等价:   在​​线性代数​​​和​​矩阵论​​中,有两个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。   简言之: 需要满足两个条件: 秩相等,行列数相等。 

克莱姆法则:

    

线性代数笔记第二天_线性方程组_20

  

线性代数笔记第二天_逆矩阵_21

线性代数笔记第二天_线性方程组_22

线性代数笔记第二天_方程组_23

利用增广矩阵求逆矩阵的乘积:

          内容如下:    求 A^-1 *B ;

           A|B = E|A^-1 *B;

      例题: 

线性代数笔记第二天_逆矩阵_24

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