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线性代数 · 第一章 矩阵及其初等变换 · 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。

本节先从线性方程组、航班关系等例子引入矩阵,强调矩阵的行数、列数、元素位置和同型矩阵。常见特殊矩阵包括零矩阵、方阵、单位矩阵、对角矩阵、上三角矩阵和下三角矩阵。

开始自测

学完要会什么

能读出一个矩阵的阶数和元素位置,并能区分一般对角矩阵与单位矩阵。

做题前先检查

  • 两个矩阵相等,必须先同型,再要求每个对应位置的元素相等。
  • 单位矩阵一定是方阵;它的主对角元全为 1,其余元素全为 0。
  • 元素 的下标顺序固定:先看第 行,再看第 列。

先回忆,再看答案

用三个问题检查是否真的理解

1. 遇到两个矩阵,为什么先写阶数而不是立刻算?

提示:很多运算先由尺寸决定能不能做。

2. 矩阵乘法和逐项相乘,最本质的区别是什么?

提示:盯住一个结果元素是怎样来的。

3. 方阵多项式里的常数项为什么要写成 a₀I?

提示:每一项都必须能相加。

跟着做一个小例子

从位置读懂一个矩阵

设 。请判断 的阶数,并读出 。

  1. 1

    先数行和列

    有 2 行、3 列,所以它是一个 矩阵;不要把 6 个元素误写成 。

  2. 2

    按“行、列”定位元素

    表示第 2 行第 3 列。沿第 2 行移动到第 3 列,得到 。

  3. 3

    和单位矩阵作对照

    这个 不是方阵,因此不可能是单位矩阵;单位矩阵必须先满足行数等于列数。

这题要带走的结论: 读矩阵时先看阶数,再按“行在前、列在后”定位;判断单位矩阵的第一步是检查它是否为方阵。

关键公式

常见易错点

  • 只看元素不看矩阵阶数,误判两个矩阵相等
  • 把单位矩阵和一般对角矩阵混淆
  • 忽略矩阵元素 aij 的行列顺序