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《线性代数》是理工类、经管类等非数学专业的重要基础课程.其主要任务是夯实数学基础,培养学生的逻辑思维、定量分析、科学计算的数学能力,提高数学素养.
矩阵是《线性代数》中最基本也是最重要的概念之一,几乎《线性代数》的所有概念或应用中都可以见到矩阵的身影.作为矩阵的核心,矩阵的初等变换极其重要,本文将对矩阵的初等变换做以简单介绍与总结.
一、矩阵初等变换的定义
已知任意矩阵Am×n,以下三种变换:
1.交换Am×n的任意两行(列);(记为:rirjorcicj)
2.用任意非零常数k数乘Am×n的某一行(列);(记为:kriorkci)
3.将Am×n某一行(列)的k倍加至Am×n的另一行(列).(记为:kri rjorkci cj)中,对行进行的称为矩阵Am×n的初等行变换,对列进行的称为矩阵Am×n的初等列变换,统称为矩阵Am×n的初等变换.
二、矩阵初等变换的应用
1.将任意矩阵Am×n化为特殊矩阵:
Am×n 初等行(列)变换 阶梯形矩阵B 初等行(列)变换 行最简型矩阵C
初等行(列)变换 等价标准型矩阵D= I OO O .
2.求任意矩阵Am×n的秩r A
步骤:(1)Am×n 初等变换 阶梯形矩阵B;
(2)r B =B的非零行数=r;
(3)r B =r A =r
3.求可逆矩阵An×n的逆矩阵
步骤:(1)拼接: AIn
(2)初等行变换: AIn 初等行变换 InA-1
(3)因为An×n可以经过初等行变换化为n阶单位矩阵In,所以An×n可逆,并且n阶单位矩阵In经过相同的初等变换可变为A-1;否则,即若An×n不可以经过初等行变换化为n阶单位矩阵In,那么,An×n不可逆.
注:以上可称为逆矩阵的初等行变换法,同理,可以给出初等列变换求逆矩阵的方法.
4.矩阵的初等变换在消元法求解线性方程组Am×nX=b中的应用:
(1)线性方程组有解判别定理:Am×nX=b有解r A =r Ab =r;若r=n方程组有唯一解,若r (2)消元法求解线性方程组Am×nX=b.
5.矩阵初等变换在向量组线性表示与向量组线性相关性中的应用
(1)判断向量能由向量组线性表示的定理:
列向量β能由列向量组α1,α2,…,αn线性表示由列向量组α1,α2,…,αn拼接的矩阵的秩=由列向量组α1,α2,…,αn与列向量β拼接的矩阵的秩.
(2)判断列向量组α1,α2,…,αn线性相关性定理:
列向量组α1,α2,…,αn线性相关由列向量组α1,α2,…,αn拼接的矩阵的秩<向量组中的向量个数n.
6.利用矩阵的初等变换求向量组的秩与极大线性无关组
7.求矩阵的特征值与特征向量
8.矩阵的对角化问题
9.矩阵的初等变换法化二次型为标准型
其实,有的同类教材里,也将类似于矩阵初等变换的行列式中的三个性质,称为“行列式的初等变换”.
三、小 结
从以上矩阵的初等变换的应用我们看到,它几乎贯穿《线性代数》的始终,掌握矩阵的初等变换的应用,是掌握《线性代数》课程主要运算的方法之一,也是学习这门课程的一个捷径吧!
矩阵是《线性代数》中最基本也是最重要的概念之一,几乎《线性代数》的所有概念或应用中都可以见到矩阵的身影.作为矩阵的核心,矩阵的初等变换极其重要,本文将对矩阵的初等变换做以简单介绍与总结.
一、矩阵初等变换的定义
已知任意矩阵Am×n,以下三种变换:
1.交换Am×n的任意两行(列);(记为:rirjorcicj)
2.用任意非零常数k数乘Am×n的某一行(列);(记为:kriorkci)
3.将Am×n某一行(列)的k倍加至Am×n的另一行(列).(记为:kri rjorkci cj)中,对行进行的称为矩阵Am×n的初等行变换,对列进行的称为矩阵Am×n的初等列变换,统称为矩阵Am×n的初等变换.
二、矩阵初等变换的应用
1.将任意矩阵Am×n化为特殊矩阵:
Am×n 初等行(列)变换 阶梯形矩阵B 初等行(列)变换 行最简型矩阵C
初等行(列)变换 等价标准型矩阵D= I OO O .
2.求任意矩阵Am×n的秩r A
步骤:(1)Am×n 初等变换 阶梯形矩阵B;
(2)r B =B的非零行数=r;
(3)r B =r A =r
3.求可逆矩阵An×n的逆矩阵
步骤:(1)拼接: AIn
(2)初等行变换: AIn 初等行变换 InA-1
(3)因为An×n可以经过初等行变换化为n阶单位矩阵In,所以An×n可逆,并且n阶单位矩阵In经过相同的初等变换可变为A-1;否则,即若An×n不可以经过初等行变换化为n阶单位矩阵In,那么,An×n不可逆.
注:以上可称为逆矩阵的初等行变换法,同理,可以给出初等列变换求逆矩阵的方法.
4.矩阵的初等变换在消元法求解线性方程组Am×nX=b中的应用:
(1)线性方程组有解判别定理:Am×nX=b有解r A =r Ab =r;若r=n方程组有唯一解,若r
5.矩阵初等变换在向量组线性表示与向量组线性相关性中的应用
(1)判断向量能由向量组线性表示的定理:
列向量β能由列向量组α1,α2,…,αn线性表示由列向量组α1,α2,…,αn拼接的矩阵的秩=由列向量组α1,α2,…,αn与列向量β拼接的矩阵的秩.
(2)判断列向量组α1,α2,…,αn线性相关性定理:
列向量组α1,α2,…,αn线性相关由列向量组α1,α2,…,αn拼接的矩阵的秩<向量组中的向量个数n.
6.利用矩阵的初等变换求向量组的秩与极大线性无关组
7.求矩阵的特征值与特征向量
8.矩阵的对角化问题
9.矩阵的初等变换法化二次型为标准型
其实,有的同类教材里,也将类似于矩阵初等变换的行列式中的三个性质,称为“行列式的初等变换”.
三、小 结
从以上矩阵的初等变换的应用我们看到,它几乎贯穿《线性代数》的始终,掌握矩阵的初等变换的应用,是掌握《线性代数》课程主要运算的方法之一,也是学习这门课程的一个捷径吧!