矩阵的初等变换与线性方程组

A可逆的充分必要条件:

|A| != 0

存在有限个初等矩阵,P1、P2、...、Pl,使得A = P1*P2*...*Pl

A ~r~ E

秩的性质,

① 0 ≤ R(Am×n) ≤ min(m, n).

② R(AT) = R(A).

③ 若A~B,则R(A) = R(B).

④ 若P、Q 可逆,则R(PAQ) = R(A).

⑤(拼接) max(R(A),R(B)) ≤ R(A, B) ≤ R(A) + R(B),特别地,当B = b 为非零列向量量时,有R(A) ≤ R(A,b) ≤ R(A) + 1.

⑥(加法) R(A + B) ≤ R(A) + R(B).

⑦(乘法) R(AB) ≤ min( R(A), R(B) ).

⑧ 若Am×nBn×l = O,则R(A) + R(B) ≤ n.

七大定理:

1. 设A与B为m×n矩阵,那么

    i) A ~r~ B的充分必要条件是存在m阶可逆矩阵P,使PA = B;

    ii) A ~c~ B的充分必要条件是存在n阶可逆矩阵Q,使AQ = B;

    iii) A ~ B的充分必要条件是存在m阶可逆矩阵P及n阶可逆矩阵Q,使PAQ = B.

    推论:方阵A可逆的充分必要条件是A ~c~ E.

引理:设A ~r~ B,则A与B中非零子式的最高阶相等。

2. 若A ~ B,则R(A) = R(B).

    推论:若可逆矩阵P、Q使PAQ = B,则R(A) = R(B).

3. n元线性方程组Ax = b,则

    i) 无解的充分必要条件是R(A) < R(A, b);

    ii) 有唯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, b) < n;

4. n元齐次线性方程组Ax = 0有非零解的充分必要条件是R(A) < n.

5. 线性方程组Ax = b有解的充分必要条件是R(A) = R(A, b).

6. 矩阵方程AX = B有解的充分必要条件是R(A) = R(A, B).

7. 设AB = C,则R(C) ≤ min{ R(A), R(B) }.

1. 矩阵的初等变换

用消元法和矩阵的初等变换都能求解。

下面是矩阵初等变换的最后两步,

初等矩阵,

性质2的必要性没看明白??

定理1把矩阵的初等变换与矩阵的乘法联系了起来,从而可以依据矩阵乘法的运算规律得到初等变换的运算规律,也可以利用矩阵的初等变换去研究矩阵的乘法. 下面先给出定理1的一个推论,然后介绍一种利用初等变换求逆阵的方法.

一个矩阵的行最简形矩阵是唯一的。

反而不如直接求解方便。。

2. 矩阵的秩

矩阵的秩和张量的秩不是一个概念。

非零子式在矩阵的初等行变换中的意义可以表述成如下的引理.

证明略.

求秩,

例5中的初等行变换步骤不是漫无目的的,而是为了消元。

 1 3, 2, 0, 5, 0
 2 3,-2, 3, 6,-1
 3 2, 0, 1, 5,-3
 4 1, 6,-4,-1, 4
 5 
 6 1, 6,-4,-1, 4  # r1<->r2,x1的系数为1
 7 0,-4, 3, 1,-1  # r2-r4把x1消掉,为了构造阶梯形才采用r2-r4,而不是r4-r2
 8 0,-12,9, 7,-11 # r3-2r1也是消掉x1
 9 0,-16,12,8,-12 # r4-3r1消掉x1
10 
11 1, 6,-4,-1, 4
12 0,-4, 3, 1,-1
13 0, 0, 0, 4,-8  # r3-3r2求出一个x4
14 0, 0, 0, 4,-8  # r4-4r2也求出一个x4
15 
16 1, 6,-4,-1, 4
17 0,-4, 3, 1,-1
18 0, 0, 0, 4,-8
19 0, 0, 0, 0, 0  # r4-r3得全零行
20 # 求得x4=-2,代入r2、r1,可以发现两个方程有三个未知数
21 # 行阶梯形矩阵种非零行的行数也是唯一确定的
22 
23 # 对于任何非零矩阵,总可经有限次初等变换把它变成行阶梯形矩阵和行最简形矩阵。
24 # 算啦,不搞了

后面还有两个例题。。。

3. 线性方程组的解

线性方程组(3)如果有解,就称它是相容的;如果无解,就称它不相容. 利用系数矩阵A 和增广矩阵B = (A,b) 的秩,可以方便地讨论线性方程组是否有解(即是否相容)以及有解时解是否惟一等问题.

原文地址:https://www.cnblogs.com/yangxiaoling/p/10104518.html