线性代数1
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矩阵的乘法前提:只有当第一个矩阵(左边的矩阵)的列数与第二个矩阵(右边的矩阵)的行数相等时,两个矩阵才能相乘。
即:A m×s B s×n注意:(1)矩阵乘法不满足交换律,即一般情况下AB≠BA(2)矩阵A与B满足AB=0,不能推出A=0或B=0的结论(3)在不改变左右顺序的情况下,满足结合律(4)特别的,满足:单位矩阵乘任何另一矩阵等于此任意矩阵本身E m A m×n=A m×n E n=A m×n零矩阵乘任何矩阵都得到零矩阵求矩阵A的n次幂1.方法一:数学归纳法例题:已知A=(1101)求A n解:因为A2=(1101)2=(1101)(1101)=(1201)A3=(1301)猜想A n=(1n01)假设n=k时满足A k=(1k01),只需证A k+1=(1k+101)当n=k+1时,A k+1=A k A=(1k01)(1101)=(1k+101)猜想成立2.方法二:利用二项式展开公式将矩阵A分解成A=F+G,要求矩阵F与G的方幂容易计算,且FG=GF.一般地,F和G有一个是单位矩阵E时,计算更加容易牛顿二项展开公式:(a+b)n=C n0a n b0+C n1a n−1b1+…+C n n−1a1b n−1+C n n a0b n应用二项展开公式:(B+E)n=C n0B n E0+C n1B n−1E1+…+C n n−1B1E n−1+C n n B0E n例题:已知A=(1101)求A n解:A=(1101)= (0100)+ (1001)=B+EA n=(B+E)n=C n0B n E0+C n1B n−1E1+…+C n n−1B1E n−1+C n n B0E n=C n0B n+C n1B n−1+…+C n n−1B1+C n n B0=C n0B n+C n1B n−1+…+C n n−1B1+C n n B0=C n0B n+C n1B n−1+…+nB+E且B0=E, 又因为 B2=(0100)2=(0000)所以B n=(0000)A n=(B+E)n= nB+E3.方法三:乘法结合律若A=αβT,其中α和β都是n×1矩阵(列矩阵),且βTα=C(常数),利用乘法结合律,有A n=(αβT)( αβT)…(αβT)( αβT)=α(βTα)(βTα)…(βTα)βT= α(βTα)n−1βT= αC n−1βT=C n−1 αβT=C n−1A例题:已知α=(1,2,3),β=(1,12,13),设A=αTβ,求A n解:αTβ=(123)3×1(1,12,13)1×3=(1121321233321)→结果是3×3矩阵βαT=(1,12,13)1×3(123)3×1=3 →结果是1×1矩阵A n=(αTβ)( αTβ)…(αTβ)( αTβ)= αT(βαT)(βαT)…(βαT)β= αT(βαT)n−1β=αT3n−1β=3n−1( 1121321233321)。
第一章 矩阵矩阵的概念:n m A *(零矩阵、负矩阵、行矩阵、列矩阵、n 阶方阵、相等矩阵) 矩阵的运算:加法(同型矩阵)---------交换、结合律 数乘n m ij ka kA *)(=---------分配、结合律乘法nm lkj ik n l kj l m ik b a b a B A *1**)()(*)(*∑==(一般AB=BA ,不满足消去律;由AB=0,不能得A=0或B=0) 转置:A A T T =)( TT T B A B A +=+)( T T kA kA =)( TT T A B AB =)( 方幂:2121k k k kA AA += 2121)(k k k k A A +=逆矩阵:设A 是N 阶方阵,若存在N 阶矩阵B 的AB=BA=I 则称A 是可逆的, 且B A=-1矩阵的逆矩阵满足的运算律:1、可逆矩阵A 的逆矩阵也是可逆的,且A A =--11)(2、可逆矩阵A 的数乘矩阵kA 也是可逆的,且111)(--=A kkA 3、可逆矩阵A 的转置TA 也是可逆的,且T T A A )()(11--=4、两个可逆矩阵A 与B 的乘积AB 也是可逆的,且111)(---=A B AB ,但是两个可逆矩阵A 与B 的和A+B 不一定可逆,即使可逆,但11)(--+≠+B A B A 。
A 为N 阶方阵,若|A|=0,则称A 为奇异矩阵,否则为非奇异矩阵。
5、若A 可逆,则11--=A A逆矩阵注:①AB=BA=I 则A 与B 一定是方阵 ②BA=AB=I 则A 与B 一定互逆; ③不是所有的方阵都存在逆矩阵;④若A 可逆,则其逆矩阵是唯一的。
分块矩阵:加法,数乘,乘法都类似普通矩阵转置:每块转置并且每个子块也要转置注:把分出来的小块矩阵看成是元素初等变换:1、交换两行(列)2.、非零k 乘某一行(列)3、将某行(列)的K 倍加到另一行(列) 初等变换不改变矩阵的可逆性,初等矩阵都可逆 初等矩阵:单位矩阵经过一次初等变换得到的矩阵等价标准形矩阵⎪⎪⎭⎫⎝⎛=O O O I D r r第二章 行列式N 阶行列式的值:行列式中所有不同行、不同列的n 个元素的乘积的和n nn nj j j j j j j j j nij a a a a ...)1(21212121)..(∑-=τ行列式的性质:①行列式行列互换,其值不变。