学习笔记: 线性代数-矩阵可逆的重要性

简介: 线性代数个人学习笔记

1,帮助线性系统求解。

线性系统是一种很广泛用来描述世界,描述问题的方式。很多问题都可以被线性系统抽象为$Ax=b$的形式,其中$x$是要求解,通过"高斯消元"可以很容易得到解。但是如果$A$是一个可逆的系数矩阵,并能够求出$A^{-1}$的话,就有$ A^{-1} \cdot A \cdot x = A^{-1}\cdot b$,也能解出$x=A^{-1}\cdot b$。不过在一次计算的过程中,求出矩阵$A$的逆的时间复杂度其实和"高斯消元"的过程几乎是一致的,甚至求$A^{-1}$的时间复杂度会更高。

但是对于形式$Ax=b$,如果在矩阵$A$不变,$b$会变化的情况下,通过$x=A^{-1}\cdot b$求解会大大加快计算速度。

2、当一个方阵$A$可逆,以下四个等价命题即成立:

① 矩阵$A$是非奇异矩阵;
② 齐次线性系统$Ax=0$有唯一解,且这个解为零解$\begin{bmatrix} 1&0&0&|&0\\0&1&0 &|&0\\0&0&1&|&0\end{bmatrix}\to x=0$;
③ 矩阵$A$的行最简形式为$I$,$reff(A) = I$ ;
④ 矩阵$A$可以表示为一些列初等矩阵的乘积,$reff(A)=I=E_{p}\cdot ... \cdot E_{3} \cdot E_{2} \cdot E_{1} \cdot A \\ (E_{p}^{-1}\cdot ... \cdot E_{3}^{-1} \cdot E_{2}^{-1} \cdot E_{1}^{-1})\cdot (E_{p}\cdot ... \cdot E_{3} \cdot E_{2} \cdot E_{1} )\cdot A = (E_{p}^{-1}\cdot ... \cdot E_{3}^{-1} \cdot E_{2}^{-1} \cdot E_{1}^{-1})\cdot I \\ A = E_{p}^{-1}\cdot ... \cdot E_{3}^{-1} \cdot E_{2}^{-1} \cdot E_{1}^{-1}$

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