(线性代数)矩阵秩的8大性质、重要定理以及关系
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《线性代数》知识点归纳整理诚毅学生编01、余子式与代数余子式 .................................................................. 2-02、主对角线............................................................................ 2-03、转置行列式.......................................................................... 2-04、行列式的性质........................................................................ 3-05、计算行列式.......................................................................... 3-06、矩阵中未写出的元素 .................................................................. 4-07、几类特殊的方阵...................................................................... 4-08、矩阵的运算规则...................................................................... 4-09、矩阵多项式.......................................................................... 6-10、对称矩阵............................................................................ 6-11、矩阵的分块.......................................................................... 6-12、矩阵的初等变换...................................................................... 6-13、矩阵等价............................................................................ 6-14、初等矩阵............................................................................ 7-15、行阶梯形矩阵与行最简形矩阵......................................................... 7-16、逆矩阵 ............................................................................. 7-17、充分性与必要性的证明题 .............................................................. 8-18、伴随矩阵............................................................................ 8-19、矩阵的标准形:........................................................................ 9-20、矩阵的秩:........................................................................... 9-21、矩阵的秩的一些定理、推论............................................................. 9-22、线性方程组概念..................................................................... 10-23、齐次线性方程组与非齐次线性方程组(不含向量) .......................................... 10-24、行向量、列向量、零向量、负向量的概念................................................ 11-25、线性方程组的向量形式 ............................................................... 11-26、线性相关与线性无关的概念......................................................... 12-27、向量个数大于向量维数的向量组必然线性相关 ........................................... 12-28、线性相关、线性无关;齐次线性方程组的解;矩阵的秩这三者的关系及其例题................. 12-29、线性表示与线性组合的概念......................................................... 12-30、线性表示;非齐次线性方程组的解;矩阵的秩这三者的关系其例题........................... 12-31、线性相关(无关)与线性表示的3个定理................................................ 12-32、最大线性无关组与向量组的秩.......................................................... 12-33、线性方程组解的结构…………………………………………………………………………………………12-01、余子式与代数余子式(1)设三阶行列式, 则①元素an,ai,au的余子式分别为:对Mi的解释:划掉第1行、第1列,剩下的就是一个二阶行列式,这个行列式即元素au的余子式Mi。
第五讲 矩阵的秩矩阵的秩是线性代数中又一重要概念,它描述了矩阵的一个重要的数值特征:在判定线性方程组是否有解,向量组的线性相关性,求矩阵的特征向量以及在多项式、空间几何等多个方面都有广泛的应用。
本讲我们主要了解矩阵秩的概念及其与方程组各类型解的关系。
5.1.1 矩阵秩的定义在第二讲中,我们通过矩阵的初等行(列)变换定义了矩阵的行(列)阶梯形、矩阵的行(列)最简形以及矩阵的标准形。
其中矩阵行(列)阶梯形与矩阵行(列)最简形可以不唯一,但矩阵的标准形唯一。
因此,下面就利用矩阵标准形的唯一性来给出矩阵秩的概念。
定义5.1 对于给定的m n ⨯矩阵A ,它的标准形(-)(-)(-)(-)rr n r m r r m r n r m nE OF O O ⨯⨯⨯⨯⎛⎫=⎪⎝⎭由数r 完全确定,我们称数r 为矩阵m n A ⨯的秩(rank ),记作()R A 。
其中, r E 是r 阶单位矩阵;其余都是零矩阵。
注:(1) 零矩阵的秩为零:()0R O =;(2) 矩阵的秩就是矩阵标准形中左上角单位矩阵的阶数。
(3)对于n 阶方阵A ,当()R A n =时,称A 为满秩矩阵。
当()R A n <时,称A 为降秩矩阵.例5.1 求矩阵111610121210A ⎛⎫⎪=-- ⎪ ⎪-⎝⎭的秩。
解 先将A 通过初等变换化为标准形111610121210A ⎛⎫ ⎪=-- ⎪ ⎪-⎝⎭2131111601280306r r r r --⎛⎫⎪−−−→ ⎪ ⎪⎝⎭323111601280026r r -⎛⎫ ⎪−−−→ ⎪ ⎪⎝⎭111601280013⎛⎫ ⎪→ ⎪ ⎪⎝⎭12312101201280013r r r ---⎛⎫ ⎪−−−→ ⎪ ⎪⎝⎭13232100101020013r r r r +-⎛⎫⎪−−−→ ⎪ ⎪⎝⎭()4142433312,3100001000010c c c c c c E O -⨯--⎛⎫ ⎪−−−−−→= ⎪ ⎪⎝⎭可看出,矩阵A 的标准形中左上角是3阶单位矩阵,所以()3R A =. 矩阵秩有如下性质 性质5.1 ()()TR A R A =; 性质5.2 }{0()min ,R A m n ≤≤;性质5.3 如果n 阶方阵A 可逆,则()R A n =;(可逆矩阵也称为满秩矩阵)性质5.4 {}()min (),()R PA R P R A ≤; 当P 可逆时,()()R PA R A =;若 P Q 、都可逆,且有PAQ B =,则()()R A R B =.性质5.5 max {}(),()(|)()+()R A R B R A B R A R B ≤≤;特别地,当B 为列矩阵时,有max {}(),()(|)()+1R A R B R A B R A ≤≤;性质5.6 ()()();()()().r A B r A r B r A B r A r B +≤+-≥-性质5.7 设A 为m n ⨯矩阵且()R A r =,则A 的任意S 行组成的矩阵B ,有().r B r s n ≥+-下面只证明性质5.3和性质5.4,其余的性质请学生自证。
线性代数知识点总结线性代数知识点总结篇1第一章行列式知识点1:行列式、逆序数知识点2:余子式、代数余子式知识点3:行列式的性质知识点4:行列式按一行(列)展开公式知识点5:计算行列式的方法知识点6:克拉默法则第二章矩阵知识点7:矩阵的概念、线性运算及运算律知识点8:矩阵的乘法运算及运算律知识点9:计算方阵的幂知识点10:转置矩阵及运算律知识点11:伴随矩阵及其性质知识点12:逆矩阵及运算律知识点13:矩阵可逆的判断知识点14:方阵的行列式运算及特殊类型的矩阵的运算知识点15:矩阵方程的求解知识点16:初等变换的概念及其应用知识点17:初等方阵的概念知识点18:初等变换与初等方阵的关系知识点19:等价矩阵的概念与判断知识点20:矩阵的子式与最高阶非零子式知识点21:矩阵的秩的概念与判断知识点22:矩阵的秩的性质与定理知识点23:分块矩阵的概念与运算、特殊分块阵的运算知识点24:矩阵分块在解题中的技巧举例第三章向量知识点25:向量的概念及运算知识点26:向量的线性组合与线性表示知识点27:向量组之间的线性表示及等价知识点28:向量组线性相关与线性无关的概念知识点29:线性表示与线性相关性的关系知识点30:线性相关性的判别法知识点31:向量组的最大线性无关组和向量组的秩的概念知识点32:矩阵的秩与向量组的秩的关系知识点33:求向量组的最大无关组知识点34:有关向量组的定理的综合运用知识点35:内积的概念及性质知识点36:正交向量组、正交阵及其性质知识点37:向量组的正交规范化、施密特正交化方法知识点38:向量空间(数一)知识点39:基变换与过渡矩阵(数一)知识点40:基变换下的坐标变换(数一)第四章线性方程组知识点41:齐次线性方程组解的性质与结构知识点42:非齐次方程组解的性质及结构知识点43:非齐次线性线性方程组解的各种情形知识点44:用初等行变换求解线性方程组知识点45:线性方程组的公共解、同解知识点46:方程组、矩阵方程与矩阵的乘法运算的关系知识点47:方程组、矩阵与向量之间的联系及其解题技巧举例第五章矩阵的特征值与特征向量知识点48:特征值与特征向量的概念与性质知识点49:特征值和特征向量的求解知识点50:相似矩阵的概念及性质知识点51:矩阵的相似对角化知识点52:实对称矩阵的相似对角化.知识点53:利用相似对角化求矩阵和矩阵的幂第六章二次型知识点54:二次型及其矩阵表示知识点55:矩阵的合同知识点56 : 矩阵的等价、相似与合同的关系知识点57:二次型的标准形知识点58:用正交变换化二次型为标准形知识点59:用配方法化二次型为标准形知识点60:正定二次型的概念及判断线性代数知识点总结篇2行列式一、行列式概念和性质1、逆序数:所有的逆序的总数2、行列式定义:不同行不同列元素乘积代数和3、行列式性质:(用于化简行列式)(1)行列互换(转置),行列式的值不变(2)两行(列)互换,行列式变号(3)提公因式:行列式的某一行(列)的所有元素都乘以同一数k,等于用数k乘此行列式(4)拆列分配:行列式中如果某一行(列)的元素都是两组数之和,那么这个行列式就等于两个行列式之和。
矩阵秩的8大性质:①A,宀)冬mini加小I ;③若A〜叭则R(A) = K(B)j④若可逆•则R(PAQ) = R(A),下面再介绍几个常用的矩阵秩的性质:⑤maxi R( A )>R(B)|^J R(A t B)^J R(A) + P (B), 特别地,当B = b为非零列向量时,有R(A)MR(A』)MR(A)+ 1.⑦R(AB)^min{K(A)t K(B)|,(见下节定理7)⑧若A…B“二0,则R(A) + R(B)Mm(见下章例13)设AB= O■若A为列满秩矩阵,则B-0.线性方程组的解:定理3 H元线性方程组A x=&(i)无解的充分必要条件是K(A)CR(A』);(ii)有惟一解的充分必要条件是R(A) = R(A,b)=n;(iii)有无限多解的充分必要条件是R(A) = R(A』)Cr?・定理4 n元齐次线性方程组Ax=OW零解的充分必要条件是R(A)Cm £35翹方聽AE鬧械酬髓件默⑷=R(A"定理6解方gAX=£有解的充分必要条件是R(A) = R(A,B).定理7 «AB = C,则R(C)Wmin|R(A),R(B)h向量组的线性相关性:定鰹1向跖能由向量组严心线憐示的充分必要桑件是j£^A=(a H fl J1»<t a w )的秩等于矩阵B =(爲卫?广』册』)的税.定理2向虽组B4訥严上能由向蚩组A0 叫…心 线性表示的 充分必要条件是矩阵A = («i 严心)的秩等于矩阵(A,B)=(釦严心, 27啲秩,即 R(A} = R(A,B)・推论向輦组宀%与向HfflB :*1(h lt -s6,等价的充分必要 条件是J?(A) = R(B)-J?(A,B)t其中A 和月是向僮组A 和B 所构成的矩阵”定理3设向員组Bl 】』?「讪能由向證组A a 厲厂心线性表示. 则R(h 』W 血KR 仏曲宀仇)・阵A = g 曲严松)的秩小于向懂个数奶向咼组线性无关曲充分必要条件 是R ⑷二皿血“也线性相关成盲之,若向储组B 线性无关侧向A 也线性无关.(2) 7«个"维向虽组成的向量组,当维数«小于向虽个数加时一定钱牲相 关•特别地,n + ltwt 向量一定线性相关,(3) 设向量组人:叭』2,线性无关,而向量组线性 相关侧向虽b 必能由向鈕组A 钱性表示,且表示式是惟一的.定理4,%线性相关的充分必要条件是它所构成的矩 定理5 (1)若向员组A0严心线性相关』IJ 向量組SW *对比:矩阵A =(叭』加小,%)的秧等于矩阵B = 的税,定理5线性方程组曲M 有解的充分必要憑件是R ⑷= R(A ;b)?l定理2向虽组时血严血能由向量组A :釘』线性表示的 充分必要条件是矩阵4二(尙,伽「・,心)的秩等于矩阵= 儿7)的秩,即R(A) = R(A 』}.条件是定理1 JSA 仙疋“5—线性表示的充分必要条件是 推论 向量组A :%与向 组…出等价的充分必要曬b 能由向 R(A) = R(B) = R(A t B),其中A 和B 是向世组A 和B 所构成的矩阵・定理6矩阵方程AX=B 有解的充分必要条件是R(A) = R(A t B).则RO】』?严,h)WR(a*2严叫)・n定理4向燧组小勺严心黠相关的充分必要条件是它所构成的矩阵亦⑴曲「心)的秩小于向齢数用洞鞠黠无关的充分必縣件是R(A)n||能4 "元制:黠方翻X0有鶴繃充分必要条瞬丽石~|觀5如騎次難方翻(13)的系協行臟D判屈粽黠方翱(13)蹣粹館定理5’如果撅黠方翩(13)辭輔』陀的系舫脱必腮.。
线性代数N阶行列式定理1:任意一个排列经过对换后,其奇偶性改变。
推论:奇排列变成自然数顺序排列的对换次数为奇数,偶排列变成自然数顺序排列的对换次数为偶数。
定理2:n个自然数(n-1)共有n!个n级排列,其中奇偶排列各占一半。
行列式的性质性质1:行列式与它的转置行列式相等。
性质2:交换行列式的两行(列),行列式变号。
*注2:交换i,j两列,记为ri↔ri(ci↔cj)。
推论1:如果行列式中有两行(列)的对应元素相同,那么该行列式必为零。
性质3:用数k乘行列式的某一行(列),等于用k乘此行列式。
注3:第i行(列)乘以k,记为ri×k(ci×k)。
推论2:行列式的某一行(列)中所有元素的公因子可以提到行列式符号的外面。
推论3:在一个行列式中,如果有两行(列)元素成比例,则这个行列式必等于零。
性质4:如果将行列式的某一行(列)的每个元素都改写成两个数的和,则此行列式可写为两个行列式的和,且这两个行列式分别为所在行(列)对应位置的元素,其它元素不变。
#注4:上述结果可推广到有限个数和的情形。
性质5:将行列式的某一行(列)的所有元素都乘以数k后加到另一个行(列)对应位置的元素上,行列式的值不变。
注5:以数k乘第j行加到第i行上,记作ri+krj;以数k乘第j列加到第i列上,记作ci+kcj。
行列式按行(列)展开余子式:Mij 代数余子式:Aij=(-1)i+j Mij引理:一个n阶行列式D,若其中第i行所有元素除aij外都为0,则该行列式等于aij 与它代数余子式的乘积,即D=aijAij[定理:行列式等于它的任一行(列)的各元素与其对应的代数余子式乘积之和。
推论:行列式某一行(列)的每元素与另一行(列)对应元素的代数余子式乘积之和等于零。
k阶行列式:在n阶行列式D中,任意选定k行k列,位于这些行和列交叉处的k²个元素,按原来顺序构成一个k阶行列式M,称为D的一个k阶子式,划去这k行k列,余下的元素按原来的顺序构成一个n-k阶行列式,在其前面冠以符号(-1)的(i1+i2+…+i k+j1+j2+…+j k)次方,称为M的代数余子式,其中i1,i2,…,i k为k阶子式M在D中的各行标,j1,j2,…,j k为M在D 中的各列标。
线性代数知识点总结线性代数是数学的一个分支,它的研究对象是向量,向量空间,线性变换和有限维的线性方程组。
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第一章行列式知识点1:行列式、逆序数知识点2:余子式、代数余子式知识点3:行列式的性质知识点4:行列式按一行(列)展开公式知识点5:计算行列式的方法知识点6:克拉默法则第二章矩阵知识点7:矩阵的概念、线性运算及运算律知识点8:矩阵的乘法运算及运算律知识点9:计算方阵的幂知识点10:转置矩阵及运算律知识点11:伴随矩阵及其性质知识点12:逆矩阵及运算律知识点13:矩阵可逆的判断知识点14:方阵的行列式运算及特殊类型的矩阵的运算知识点15:矩阵方程的求解知识点16:初等变换的概念及其应用知识点17:初等方阵的概念知识点18:初等变换与初等方阵的关系知识点19:等价矩阵的概念与判断知识点20:矩阵的子式与最高阶非零子式知识点21:矩阵的秩的概念与判断知识点22:矩阵的秩的性质与定理知识点23:分块矩阵的概念与运算、特殊分块阵的运算知识点24:矩阵分块在解题中的技巧举例第三章向量知识点25:向量的概念及运算知识点26:向量的线性组合与线性表示知识点27:向量组之间的线性表示及等价知识点28:向量组线性相关与线性无关的概念知识点29:线性表示与线性相关性的关系知识点30:线性相关性的判别法知识点31:向量组的最大线性无关组和向量组的秩的概念知识点32:矩阵的秩与向量组的秩的关系知识点33:求向量组的最大无关组知识点34:有关向量组的定理的综合运用知识点35:内积的概念及性质知识点36:正交向量组、正交阵及其性质知识点37:向量组的正交规范化、施密特正交化方法知识点38:向量空间(数一)知识点39:基变换与过渡矩阵(数一)知识点40:基变换下的坐标变换(数一)第四章线性方程组知识点41:齐次线性方程组解的性质与结构知识点42:非齐次方程组解的性质及结构知识点43:非齐次线性线性方程组解的各种情形知识点44:用初等行变换求解线性方程组知识点45:线性方程组的公共解、同解知识点46:方程组、矩阵方程与矩阵的乘法运算的关系知识点47:方程组、矩阵与向量之间的联系及其解题技巧举例第五章矩阵的特征值与特征向量知识点48:特征值与特征向量的概念与性质知识点49:特征值和特征向量的求解知识点50:相似矩阵的概念及性质知识点51:矩阵的相似对角化知识点52:实对称矩阵的相似对角化.知识点53:利用相似对角化求矩阵和矩阵的幂第六章二次型知识点54:二次型及其矩阵表示知识点55:矩阵的合同知识点56 : 矩阵的等价、相似与合同的关系知识点57:二次型的标准形知识点58:用正交变换化二次型为标准形知识点59:用配方法化二次型为标准形知识点60:正定二次型的概念及判断。
线性代数知识点总结大一线性代数知识点线性代数是数学的一个分支,它的研究对象是向量,向量空间,线性变换和有限维的线性方程组。
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第一章行列式知识点1:行列式、逆序数知识点2:余子式、代数余子式知识点3:行列式的性质知识点4:行列式按一行(列)展开公式知识点5:计算行列式的方法知识点6:克拉默法则第二章矩阵知识点7:矩阵的概念、线性运算及运算律知识点8:矩阵的乘法运算及运算律知识点9:计算方阵的幂知识点10:转置矩阵及运算律知识点11:伴随矩阵及其性质知识点12:逆矩阵及运算律知识点13:矩阵可逆的判断知识点14:方阵的行列式运算及特殊类型的矩阵的运算知识点15:矩阵方程的求解知识点16:初等变换的概念及其应用知识点17:初等方阵的概念知识点18:初等变换与初等方阵的关系知识点19:等价矩阵的概念与判断知识点20:矩阵的子式与最高阶非零子式知识点21:矩阵的秩的概念与判断知识点22:矩阵的秩的性质与定理知识点23:分块矩阵的概念与运算、特殊分块阵的运算知识点24:矩阵分块在解题中的技巧举例第三章向量知识点25:向量的概念及运算知识点26:向量的线性组合与线性表示知识点27:向量组之间的线性表示及等价知识点28:向量组线性相关与线性无关的概念知识点29:线性表示与线性相关性的关系知识点30:线性相关性的判别法知识点31:向量组的最大线性无关组和向量组的秩的概念知识点32:矩阵的秩与向量组的秩的关系知识点33:求向量组的最大无关组知识点34:有关向量组的定理的综合运用知识点35:内积的概念及性质知识点36:正交向量组、正交阵及其性质知识点37:向量组的正交规范化、施密特正交化方法知识点38:向量空间(数一)知识点39:基变换与过渡矩阵(数一)知识点40:基变换下的坐标变换(数一)第四章线性方程组知识点41:齐次线性方程组解的性质与结构知识点42:非齐次方程组解的性质及结构知识点43:非齐次线性线性方程组解的各种情形知识点44:用初等行变换求解线性方程组知识点45:线性方程组的公共解、同解知识点46:方程组、矩阵方程与矩阵的乘法运算的关系知识点47:方程组、矩阵与向量之间的联系及其解题技巧举例第五章矩阵的特征值与特征向量知识点48:特征值与特征向量的概念与性质知识点49:特征值和特征向量的求解知识点50:相似矩阵的概念及性质知识点51:矩阵的相似对角化知识点52:实对称矩阵的相似对角化.知识点53:利用相似对角化求矩阵和矩阵的幂第六章二次型知识点54:二次型及其矩阵表示知识点55:矩阵的合同知识点56 : 矩阵的等价、相似与合同的关系知识点57:二次型的标准形知识点58:用正交变换化二次型为标准形知识点59:用配方法化二次型为标准形知识点60:正定二次型的概念及判断。