线性代数——(期末突击)矩阵(上)-概念篇(矩阵的定义、矩阵的运算、特殊矩阵、初等变换)

简介: 线性代数——(期末突击)矩阵(上)-概念篇(矩阵的定义、矩阵的运算、特殊矩阵、初等变换)

矩阵的定义

个数 排成的m行n列的数表,称为m行n列的矩阵,简称 矩阵,记作:

简记为:

个数 称为矩阵A的(第i行第j列)元素.

矩阵只是由数字排列成的一个表格,其本身不包含任何运算规则

  • 行矩阵:只有一行
  • 列矩阵:只有一列
  • 负矩阵:所有元素取负数
  • 方阵:行数和列数相等
  • 单位阵:主对角线全为 1 ,其余元素全为 0 ,记为 E
  • 同型矩阵:两矩阵行与列数 一致

矩阵的运算

相加

两个同型的矩阵才能进行相加,设两个 矩阵 ,那A与B的和定义为 ,记作A+B,即

对应元素相加

相乘

矩阵的乘积要牢记这个式子:

也就是相乘的两个矩阵中,要有一方的列数等于另一方的行数 。

注意

  • 矩阵运算中,
  • ,不能推出
  • 不能推出

数乘

这个数乘矩阵的所有元素

与单位阵相乘

矩阵的幂

共K个,特别地,

转置

与行列式的定义是一致的。

  1.  (重点,顺序不能对换)
  2.  (A的转置的值等于A的值)
  3. 重点

特殊矩阵

数量矩阵

主对角线全为a,其余元素为0,则

数量矩阵(是方阵)用于伸缩变化,是特殊的对角型矩阵对角型矩阵(也是方阵)可以记作

左乘数量矩阵是对行做伸缩变换,右乘是对列做伸缩变换.

对称矩阵

是指元素以主对角线为对称轴对应相等的矩阵,例如:

对称矩阵的转置等于其自身,即:

定理: 假如A,B 是对称矩阵,且AB也对称,则AB可交换

证明:

反对称矩阵

主对角线全为0,有

伴随矩阵

针对方阵,求伴随矩阵的步骤:

  1. 求所有元素的代数余子式
  2. 将代数余子式的行按列排放;

这两步构成的矩阵,就是伴随矩阵,记为

性质: 对任意方阵:

注意:

矩阵提公因子是提所有行,行列式提公因子是提一行

两边同时取行列式,可得

只有一个元素的伴随矩阵为1

逆矩阵

对于A的n阶方阵,存在n阶方阵B,

  1. 未必所有的方阵都可逆
  2. 如果方阵可逆,则逆矩阵唯一

如何判断可逆,如何求?

如果 ,称这个矩阵为非奇异、满秩矩阵,该矩阵可逆 。

定理 :A可逆的充要条件

相关概念:奇异矩阵 和秩

如果一个矩阵的行列式等于零,则该矩阵被称为奇异矩阵


非零子式的最高阶数就叫做秩,例如:

该矩阵的秩就为2,矩阵A的秩用 来表示。

初等变换

初等行变换、初等列变换(本质:对矩阵的一种变化,用箭头表示变换过程,不能用等号)

  • 两行交换
  • k(不为0)乘以某一行
  • 某行k倍加到另一行

定理: 任给一个矩阵,都可以通过初等变化为标准型。


标准形矩阵:每个非零行的第一个非零元素为1,每个非零行的第一个非零元素所在列的其他元素全为零,则是最简形矩阵。


等价: 由矩阵A初等变换为B,叫即,A等价于B


等价有自反性,对称性,传递性.

初等变化不改变矩阵的秩。


END


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