经济数学基础教案
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《经济数学基础》教案4(共9页)
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1.理解矩阵、可逆矩阵和矩阵秩的概念。
2.掌握矩阵的加法、数乘矩阵、矩阵乘法和转置等运算。
3.熟练掌握用初等行变换法求矩阵的秩和逆矩阵的方法。
4.知道零矩阵、单位矩阵、对角矩阵、对称矩阵、阶梯形矩阵、行简化阶梯形矩阵。
5.掌握用消元法求解线性方程组。
6.理解线性方程组有解判定定理。了解线性方程组的特解、一般解等概念,熟练掌握求线性方程组一般解的方法,会求线性方程组的特解。
[重难点]矩阵运算,初等行变换,线性方程组解的讨论与解法。
[教学内容]
矩阵
一、主要内容:
(一)、概念
⒈矩阵定义:nmijnmaA)( 是一张矩形阵表。(它m行n列,其中ija中i表示第i行,j表示第j列)
①、 零矩阵:nmnmo)0(
②、 负矩阵:nmijnmaA)(
③、 行矩阵和列矩阵:),,(1naa,mbb1
④、 方阵:nnijnnaA)(
⒉特殊矩阵
①、 单位矩阵:I
②、 数量矩阵:
③、 对角矩阵:
④、 三角矩阵:(上三角矩阵和下三角矩阵) ⑤、 对称矩阵:AAT
⒊阶梯形矩阵和简化阶梯形矩阵
⒋矩阵秩的定义:对应阶梯形矩阵的非零行的行数。
⒌逆矩阵定义:AAIAAAA111, ,为互逆矩阵。
(二)、法则
⒈矩阵的相等:同形矩阵对应位置元素相等。
⒉矩阵的加减法:nmijijbaBA)(
⒊矩阵的数乘:nmijkakA)(
⒋矩阵的乘法:ABC
矩阵乘法不满足交换律,即ABBA一般不成立(若矩阵A, B满足ABBA,则称A, B为可交换的).
矩阵乘法不满足消去律,即由矩阵ACBC及矩阵C0,不能推出AB.但当C可逆时,ACBCAB.
矩阵AB00,,可能有AB0.
⒌方阵的幂:AAAAm(m个相乘)
⒍矩阵的转置:mnijTaA)( 称为nmijnmaA)(的转置。
(三)、方法
⒈矩阵的初等行变换
⒉初等行变换化矩阵为阶梯形
⒊初等行变换求矩阵的秩 ⒋初等行变换求逆矩阵
二、实例分析:
例1 若A,B是两个n阶方阵,则下列说法正确是( ).
A.000=或=,则=若BAAB
B.2222)+(BBAABA=
C.若秩,0)(A 秩,0)(B则秩0)(AB
D.若秩,)(nA 秩,)(nB则秩nAB)(
解 选项A: 00=或=BA只是0=AB的充分条件,而不是必要条件,故A错误;
选项B:222)+(BABBAABA=,矩阵乘法一般不满足交换律,即ABBA,故B错误;
选项C:由秩,0)(A秩,0)(B 说明A,B两个矩阵都不是0矩阵,但它们的乘积有可能0矩阵,如0011,1010BA,则0000AB.故秩0)(AB不一定成立,即C错误;
选项D:两个满秩矩阵的乘积还是满秩的,故D正确.
例2 设矩阵021A,100112B,则AB= .
解 因为 AB=021
100112= [4 1]
所以,应该填写:[4 1]
例3 矩阵13210011000010001000的秩是( )
A. 1 B. 2 C. 3 D. 4
解 因为
000000010000110012310010000100001100123100010001000011001231
对应的阶梯形矩阵有3个非0行,故该矩阵的秩为3.
正确选项是:C
例4 设矩阵
A=913210063,801962B
则矩阵A与B的乘积AB的第3行第1列的元素的值是 .
解 根据乘法法则可知,矩阵A与B的乘积AB的第3行第1列的元素的值是A的第3行元素与B的第1列元素的乘积之和,即
3×2+(-1)×9+9×0 = -3
应该填写:-3
例5 设A是mn矩阵,B是sn矩阵, 则运算有意义的是( ).
A.TAB B.AB C.BAT
D.TTBA 解 根据乘法法则可知,两矩阵相乘,只有当左矩阵的行数等于右矩阵的列数时,它们的乘积才有意义,故矩阵TAB有意义.
正确选项是A.
例6 设方程XA-B=X,如果A-I 可逆,则X= .
解 由XA-B = X,得XA-X = B,X(A-I ) = B
故X = B(A-I )-1.
所以,应该填写:B(A-I )-1
注意:矩阵乘法中要区分“左乘”与“右乘”,若答案写成 (A-I )-1 B,它是错误的.
例7. 设矩阵
1111032311A,求矩阵A.
解 因为
100010001111103231][1IA
101340013790001231
101340211110001231
943100211110632101100113010237001349
所以
943732311A
例8 已知矩阵367601012bbaa,求常数a,b . 解 因为
3676010122aabbaabbbaa
所以 6,3aba,得b = 2 .
例9.设矩阵A,B满足矩阵方程AX =B,其中0121A,2003B , 求X .
解法一:先求矩阵A的逆矩阵.因为
10010121IA112001212121101001
所以 2121101A
且 BAX120032121101 2320
解法二: 因为 20010321BA
23200321123102001
所以 12320X
例10 设矩阵
451001413101BA
试计算A-1B. 解 因为
100010001001413101][IA
101100013110001101100001010411001101
所以
1011141001A
且
51344511011141001BA
例11 设A,B均为n阶对称矩阵,则AB+BA也是对称矩阵.
证 因为 A,B是对称矩阵,即
BBAATT,
且 TTT)()()(BAABBAAB
TTTTBAAB
ABBA
BAAB
根据对称矩阵的性质可知,AB+BA是对称矩阵.
例12 设A是n阶矩阵,若3A= 0,则21)(AAIAI.
证 因为 ))((2AAIAI
=322AAAAAI
=3AI= I
所以 21)(AAIAI
线性方程组 一、主要内容:
(一)、概念
⒈线性方程组的矩阵表示:AX = b)0( 0bbAxAx非齐次方程组齐次方程组
其中:A—为系数矩阵,[Ab]= A—为增广矩阵
⒉阶梯形方程组:
⒊简化阶梯形矩阵:(可用于直接读出方程组的解)
(二)、方法
⒈线性方程组AX = b的解的情况归纳如下:
AX = b有唯一解的充分必要条件是秩(A) = 秩(A) = n;
AX = b有无穷多解的充分必要条件是秩(A) = 秩(A) < n;
AX = b无解的充分必要条件是秩(A) 秩(A).
齐次线性方程组AX = 0的解的情况为:
AX = 0只有零解的充分必要条件是 秩(A) = n;
AX = 0有非零解的充分必要条件是 秩(A) < n.
⒉矩阵消元法求线性方程组的一般解步骤:
知量用自由未知量表独立未判断是否有解,写出对应的方程组若有解化简化阶梯形初等行变换化阶梯形写出
* 1 0 1 0 0 1--
bAAA