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电子科技大学

第一章 矩阵及其初等变换

本章包含 1.1 矩阵及其运算、1.2 高斯消元法与矩阵的初等变换、1.3 逆矩阵、1.4 分块矩阵,先建立矩阵语言,再学习用初等变换解决方程组、求逆和处理分块结构。

开始本章挑战

完成本章挑战后,会在这里保留最近一次结果。

本章从一个问题开始

怎样把一堆数字关系,变成能一步步处理的结构?

先读矩阵和运算条件,再用初等变换化简,最后用于方程组、逆矩阵与分块结构。

  1. 01

    矩阵语言:阶数、位置与运算

  2. 02

    初等变换:把复杂结构化简

  3. 03

    逆矩阵与分块:把结果用起来

从“矩阵概念与特殊矩阵”开始

讲座提炼

把“听过”变成可复习的线索

矩阵到行列式:先问条件,再选工具

把矩阵运算、初等变换、可逆性和行列式非零串成一条条件链,而不是把公式当作彼此独立的结论。

  • 矩阵乘法先检查“左列 = 右行”;加减法先检查同型。
  • 消元负责把方程组或矩阵结构看清楚;它不是随意改写每个对象。
  • 用行列式或伴随矩阵求逆前,先确认对象是方阵且行列式非零。
微型例题:看到“求 A 的逆”时,第一步该算什么?
切入点:先确认 A 为方阵,再判断 |A| 是否为 0;只有非零时才可继续。

知识点

先选一个小点开始

1.1 矩阵及其运算

1.1 矩阵及其运算

矩阵概念与特殊矩阵

矩阵是按行列排列的数表,也是描述线性方程组和实际关系的基础工具。

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1.1 矩阵及其运算

矩阵线性运算

矩阵加减法和数乘都按对应元素进行,但加减法必须要求矩阵同型。

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1.1 矩阵及其运算

矩阵乘法

矩阵乘法要求左矩阵列数等于右矩阵行数,结果元素来自行与列的对应乘积求和。

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1.1 矩阵及其运算

方阵的幂与多项式

只有方阵才能自然定义幂,方阵多项式就是把数的多项式中的变量替换成方阵。

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1.1 矩阵及其运算

矩阵转置与对称矩阵

转置会交换矩阵的行和列,并让乘积顺序反过来。

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1.2 高斯消元法与矩阵的初等变换

1.2 高斯消元法与矩阵的初等变换

线性方程组的矩阵形式

线性方程组可以写成 AX=b,齐次方程组则写成 AX=0。

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1.2 高斯消元法与矩阵的初等变换

高斯消元与阶梯形矩阵

高斯消元就是对增广矩阵作行初等变换,把方程组化成更容易回代和判断的阶梯形。

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1.2 高斯消元法与矩阵的初等变换

方程组解的判定

阶梯形中的非零行数和未知量个数决定方程组解的情况。

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1.2 高斯消元法与矩阵的初等变换

矩阵初等变换与等价

有限次初等变换可以把一个矩阵变成与它等价的矩阵。

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1.2 高斯消元法与矩阵的初等变换

初等矩阵

对单位矩阵作一次初等变换得到的矩阵叫初等矩阵。

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1.3 逆矩阵

1.3 逆矩阵

逆矩阵的概念与性质

方阵 A 若存在 B 使 AB=BA=I,则 A 可逆,B 是 A 的逆矩阵。

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1.3 逆矩阵

可逆矩阵的等价判定

方阵可逆等价于它能通过有限次行初等变换化为单位矩阵。

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1.3 逆矩阵

用行初等变换求逆矩阵

把 (A, I) 作行初等变换化为 (I, A-1),即可得到 A 的逆矩阵。

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1.4 分块矩阵

1.4 分块矩阵

分块矩阵及其运算

分块矩阵把大矩阵按行列切成小块,再像普通矩阵一样按块进行运算。

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1.4 分块矩阵

分块对角矩阵的逆

分块对角矩阵可逆时,它的逆也是分块对角形式,每个对角块分别取逆。

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