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(三)逆陣

對于 n 階方陣 a ,若存在 n 階方陣 b ,使

則稱方陣 a 是可逆的, b a 的逆陣,記作 a -1

對于可逆矩陣有:

a 可逆時,規定 a0 e ,a -k = ( a -l ) k

|a|的代數余子式aij所構成的,階方陣

稱為方陣 a 的伴隨陣。根據行列式性質 8 9 ,可得

定理 n 階方陣 a 可逆的充分必要條件是|a|0。當|a|時,

由定理可知,可逆陣就是非奇異陣,不可逆矩陣就是奇異陣。

(四)矩陣的初等變換

1 .矩陣的初等變換與矩陣的等價

下列三種變換稱為矩陣的初等行變換:

初等變換是可逆的。這就是說,若矩陣 a 經初等變換變為 b ,則 b 亦可經初等變換變為 a

若矩陣 a 經初等變換變為 b ,則稱矩陣 a b 等價,記作 a ~ b

am×n~b m×n,的充分必要條件是:存在脫階可逆陣p n 階可逆陣 q ,使paq = b

方陣 a 可逆的充分必要條件是 a ~ e

 

2 行階梯形及標準形

矩陣經初等行變換可變為行階梯形和行最簡形,再經初等列變換可變為標準形。例如:

上面最后一個矩陣稱為行階梯形,它的特點是每個階梯只有一行。繼續施行初等行變換,可把它化成行最簡形:

上面最后一個矩陣稱為行最簡形,它的特點是行階梯形中非零行的第一個非零元素為1,且含這些元素的列的其他元素都是零。再施行初等列變換,可把它變為標準形:

上面最后一個矩陣稱為標準形,它的特點是:左上角是一個單位矩陣,其余元素都是零。

把矩陣化為行階梯形和行最簡形,是矩陣求秩和解線性方程組的有效手段。矩陣的許多運算都可以通過初等變換來實現。

 

3 .用初等變換求逆陣

當方陣 a 可逆時, a 可經初等行變換變為 e ,因此對n ×2n矩陣( a | e )施行行變換,當把 a 化為 e 時, e 就化為 a-1

 

(五)矩陣的秩

定義在矩陣 a 中任取 k k 列,這些行列交叉處的元素按它們在 a 中的排列所構成的行列式,稱為矩陣 a k 階子式。

m ×n矩陣共有ckmckn k 階子式。

定義如果在矩陣 a 中有一個 r 階非零子式 dr ,而所有 r + 1 階子式全等于 0 ,那么 dr 稱為矩陣 a 的最高階非零子式,數,稱為 a 的秩,記作 r ( a )。零矩陣沒有非零子式,規定零矩陣的秩為 0

定理若 a ~ b ,則 r ( a ) = r ( b )。

這一定理說明初等變換不改變矩陣的秩,因此,當把矩陣變為行階梯形,即可看出矩陣的秩,因為行階梯形的秩就等于非零行的行數。由此還可知,若 r ( a ) = r ,則 a 的標準形左上角為 r 階單位陣,矩陣的標準形由其行數 m 、列數n及秩 r 所完全確定。

(六)例題

 

1-8 -5 】設 a b n階方陣,ab o ,則

( a ) a = o b = o             

( b ba o

( c ) ba2 = o       

( d ) ( a + b ) 2 = a2 b 2

由兩個非零矩陣的乘積可以是零矩陣,知( a )不成立;由矩陣乘法不滿足交換律,估計( b )、( d )不成立;而( ba ) 2 baba boa o 知( c )成立,故選 ( c )。

 

因此

 

三、  n 維向量

(一) n 維向量

n 個有序數 al , a2 an所組成的數組

α=(α1,α2…αn

稱為 n 維向量。

為了溝通向量與矩陣的聯系,,維向量亦記作

并把 α稱為行向量, a 稱為列向量。行向量即行矩陣,列向量即列矩陣,規定向量與矩陣一樣進行運算, αt = a , at = "α;行向量與列向量不能相加。

m n 維列向量

所組成的向量組可對應一個 n×m 矩陣

反之,一個 m×n矩陣a m n維行向量,這些行向量所組成的向量組稱為矩陣a 。的行向量組;同時, a 又有n m 維列向量,這些列向量所組成的向量組稱為 a 的列向量組。

(二)向量組的線性相關與線性無關

定義  設有向量組 a : α1, α2 ,αm 與向量β ,如果有一組數 kl , k2 km使

則稱向量β是向量組α1, α2 ,αm的線性組合,或稱β可由α1, α2 ,αm,線性表出

定義設有向量組 a : α1, α2 ,αm,如果有一組不全為 0 的數 kl , k2 km使

則說向量組 a 是線性相關的,否則說向量組 a 是線性無關的。

這時,向量組 a 線性相關,也就是線性方程組。

有非零解,而向量組 a 線性無關也就是上列線性方程組沒有非零解。

這時,向量組 a 是否線性相關,也就是線性方程組

是否有非零解。

定理設向量組 α1, α2 ,αm線性無關,而向量組α1, α2 ,αm,β線性相關,則β可由 α1, α2 ,αm線性表示,且表示式是唯一的。