《高等应用数学电子教案 颜文勇 6 1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高等应用数学电子教案 颜文勇 6 1（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 本章将学习矩阵的基本知识以及利用矩阵求解线性方程组 它属于线性代数的一部分 是进行网络设计 电路分析的强有力的数学工具 也是利用计算机进行数据处理与分析的数学基础 它不仅在经济模型中有着很实际的应用 而且目前国际认可的最优化的科技应用软件 MATLAB就是以矩阵作为基本的数据结构 从矩阵的数据分析 处理发展起来的被广泛应用的软件包 内容简介 6 1矩阵的概念与运算 6 1 1矩阵的概念6 1 2矩阵的运算 6 1 1矩阵的概念 一 案例二 概念和公式的引出三 进一步的练习 在物资调运中 某物资 如煤 有两个产地 分别用1 2表示 三个销售地 分别用 1 2 3表示 调运方案见下表 案例1 物
2、资调运方案 其中第i i 1 2 行第j j 1 2 3 列的数表示从第i 解这个调运方案可以简写成一个2行3列的数表 个产地运往第j个销售地的运量 三元线性方程组 将其未知量的系数与常数项按照顺序组成一个矩形表 案例2 线性方程 由m n个数aij i 1 2 m j 1 2 n 排成 m行n列的数表 称为m行n列矩阵 简称为m n矩阵 其中aij表示矩阵 第i行第j列的元素 i称为aij的行标 j称为aij的列标 矩阵 或 通常用大写黑体字母A B C 或 aij bij 表示矩阵 有时为了标明矩阵的行数m与列数n 常记作Am n或 aij m n 下面介绍几种特殊的矩阵 1 方阵 当矩阵
3、A的行数与列数相等 即m n时 矩阵A称为n阶方阵 记作A或An A的左上角到右下角称为主对角线 其元素a11 a22 ann称为主对角线元素 简称主对角元 如矩阵 就是一个2阶方阵 其中元素3 4是主 对角元素 2 零矩阵 元素都是零的矩阵 记作0 3 行矩阵 只有一行的矩阵 列矩阵 只有一列的矩阵 4 对角矩阵 除主对角元外 其他元素均为零的方阵 为了方便 采用如下记号 未注明的元素均为零 如 是一个对角矩阵 5 单位矩阵 主对角线上的元素都是1 其它元素都是零的方阵 记作I或In 即 如 是一个2阶单位矩阵 6 上 下 三角矩阵 主对角线以下 上 的元素全为零的方阵 即 形如 为上三角矩
4、阵 形如 为下三角矩阵 练习1 药品库存 某仓库中维生素C和维生素E的库存量见下表 它可用矩阵表示为 练习2 产值表 某企业生产5种产品 各种产品的季度产值 单位 万元 见下表 这个季度产值可排成一个4行5列的产值矩阵 它具体描述了这家企业各种产品在各季度的产值 同时也揭示了产值随季节变化规律的季增长及年产量等情况 练习3 线性方程组的系数矩阵和增广矩阵 n元线性方程组 n元线性方程组的系数可以组成一个m行n列矩阵 6 1 1 称A为线性方程组 6 1 1 的系数矩阵 由线性方程组 6 1 1 的系数与常数项也可以组成一个行列矩阵 组的系数矩阵和增广矩阵将用于研究线性方程组的解 因此矩阵不仅广
5、泛地应用于处理各种实际问题 而且成为求解线性方程组的重要工具 称 为线性方程组 6 1 1 的增广矩阵 线性方程 6 1 2矩阵的运算 6 1 2 1矩阵的相等6 1 2 2矩阵的加法6 1 2 3矩阵的数乘6 1 2 4矩阵与矩阵的相乘6 1 2 5矩阵的转置 6 1 2 1矩阵的相等 一 案例二 概念和公式的引出三 进一步的练习 作用在一静止物体上的力如图所示 我们将物体所受的力沿水平方向和铅直方向进行分解 可以得到如下关系 水平方向 垂直方向 以上的等式能否用矩阵表示呢 由矩阵的定义不难看出 我们可以用矩阵表示为 如果A aij m n与B bij m n都是m行n列 矩阵相等 的矩阵
6、并且它们对应的元素相等 即 aij bij i 1 2 m j 1 2 n 则称矩阵A与矩阵B相等 记作A B 练习1 矢量的合成与分解 如图所示 已知两个速度v1 v2的方向 其合速度为v 71 8 显然 这两个速度在水平方向和铅直方向的分解速度之和应该等于合速度在水平方向和铅直方向的分解速度 即 它可以用矩阵表示为 通过求解此矩阵 可以得到v1 v2的大小 练习2 线性方程组的矩阵表示 n元线性方程组 可用矩阵相等表示为 6 1 2 2矩阵的加法 一 案例二 概念和公式的引出三 进一步的练习 如某药业公司有A B两个仓库 三种包装规格的维生素C和维生素E的库存量分别如下 A仓库两种药品的库
7、存量为 100片 瓶200片 瓶300片 瓶 维生素C维生素E 用矩阵表示为 同样 B仓库两种药品的库存量用矩阵表示为 该公司维生素C和维生素E的总库存量可以用矩阵表示为 上式右边的新矩阵是由矩阵A与矩阵B对应元素相加得到的 两个m n矩阵A aij B bij 的对应 矩阵的加法 元素相加得到的新的m n矩阵 矩阵C称为矩阵A与B的和 记作C A B 矩阵的加法满足下列运算规律 其中A B C都是 m n矩阵 1 2 3 4 练习1 调运方案 设某种物资由3个产地运往4个销地 两次调运方案分别见表1和表2 第1次调运方案 单位 t 表1 第2次调运方案 单位 t 表2 若分别用A B两个矩阵
8、表示各次调运量 A B 则两次从各产地调运该物资到各销地的运量之和为 A B 练习2 库存清单 矩阵S给出了某家具商店二月份各种沙发 椅子和餐桌的订货量 从生产车间运到商店的家具有三种款式 古式 普通 现代 矩阵T给出了一月末仓库中家具数量的清单 1 矩阵S中10代表什么意思 2 计算T S 并解释其实际意义 解 1 S中的10表示二月份古式椅子的订货量为10张 一月末库存量 二月销售量 2 它表示二月末仓库中各种家具的库存量 6 1 2 3矩阵的数乘 一 案例二 概念和公式的引出三 进一步的练习 现将甲 乙两地的产品运销到三个不同的地区 已知甲 乙两地到三个销地的距离为 若每吨货物的运费为2
9、 4元 km 那么甲 乙两地到三个销地之间每吨货物的运费为 上式右边的新矩阵是由一个数乘以矩阵的所有元素得到的 运费 路程 每公里的运费 数k乘以矩阵A aij 的每一个元素得到的 矩阵的数乘 新矩阵 矩阵C称为矩阵A与数k的乘积 记作C kA 数与矩阵的乘法满足下列运算规律 其中A B都是m n矩阵 k l是实数 1 2 3 练习1 房屋开发计划 一房屋开发商在开发一小区时设计了A B C D共4种不同类型的房屋 每种类型的车库又有三种设计 没有车库 一个车库 两个车库 各种户型的数量如下 ABCD 无车库一间车库两间车库 如果开发商另有两个与之同样的开发计划 请用矩阵的运算给出开发商将开发
10、的各种户型的总量 解房屋开发商正要开发的一个小区的户型可用矩阵表示为 因为该开发商还有两个与之一样的开发计划 所以该开发商将开发的各种房屋的总量可用矩阵表示为 练习2 库存量 若甲仓库的三类商品4种型号的库存件数用矩阵A表示为 乙仓库的三类商品4种型号的库存件数用矩阵B表示为 已知甲仓库每件商品的保管费为3 元 件 乙仓库每件商品的保管费为2 元 件 求甲 乙两仓库同类且同一种型号商品的保管费之和 解甲 乙两仓库同类且同一种型号商品的保管费之和由矩阵F表示为 6 1 2 4矩阵的相等与矩阵的相等 一 案例二 概念和公式的引出三 进一步的练习 设有两家连锁超市出售三种奶粉 某日销量 单位 包 见
11、表1 每种奶粉的单价和利润见表2 表1 奶粉 数量 单价 奶粉II数量 单价 奶粉III数量 单价 表2 求各超市出售奶粉的总收入和总利润 解先列表分析 解设 C为各超市出售奶粉的总收入和总利润 则 矩阵C中第1行第1列的元素等于矩阵A的第1行元素与矩阵B的第1列对应元素相乘之和 一般地 矩阵C中第i行第j列的元素等于矩阵A的第i行元素与矩阵B的第j列元素对应乘积之和 设矩阵A aij m l的列数与矩阵 矩阵与矩阵的相乘 B bij l n的行数相同 则由元素 构成的m n矩阵 称为矩阵A与B的乘积 记作C AB 由矩阵与矩阵相乘的定义可知 1 矩阵A的列数必须等于矩阵B的行数 矩阵A与矩阵
12、B才能相乘 2 矩阵C的行数等于矩阵A的行数 矩阵C的列数等于矩阵B的列数 3 矩阵C中第i行第j列的元素等于矩阵A的第i行元素与矩阵B的第j列元素对应乘积之和 即 矩阵乘法满足以下运算规律 1 结合律 2 数乘结合律 3 分配律 练习1 商场税收 若用矩阵表示某商场的两个分场两类商品的营业额 用矩阵表示两种商品的国税率 地税率 即设 家电服装 求各分场应该向国家财政和地方财政上交的税额 家电服装 国税率地税率 分析 一分场向国家财政上交的国税额 一分场家电应上交的国税额 一分场服装应上交的国税额 一分场家电的营业额家电的国税率 一分场服装的营业额服装的国税率 解 同理 得各分场应该向国家财政
13、和地方财政上交的税额为 国税地税 练习2 电子运动 在研究电子的运动时 常用到矩阵 这里 试验证 解 6 1 2 5矩阵的转置 一 案例二 概念和公式的引出三 进一步的练习 某一汽车销售公司有甲 乙两个销售部 矩阵S给出了两个汽车销售部的三种汽车销量 矩阵P给出了三种车的销售利润 甲乙 下面分析这两个销售部的利润 这里P是3行1列矩阵 S是3行2列矩阵 显然PS不成立 因为P的列数不等于S的行数 但若将P的行与列互换 变成矩阵C 400650900 这样C是1 3矩阵 S是3 2矩阵 CS有意义 其乘积矩阵为CS 3720035050 它表示两个汽车销售部的销售利润 这里矩阵C是将矩阵P的行与列进行了互换 把m n矩阵A的行与列互换得到的 矩阵的转置 则 n m矩阵 称为矩阵A的转置矩阵 记作A 或AT 如果 矩阵转置满足以下运算规律 1 2 3 4 练习1 生产安排 一工厂生产三种型号的机器零件 每天的产量由矩阵A给出 生产各种型号单位产品所需要的材料和工作时间由矩阵B给出 请用矩阵的运算给出该厂生产所有机器零件所需要的总材料和总工作时间 材料工作时间 解 该厂生产所有机器零件所需要的总材料和总工作 时间为
