线性代数概念、性质、定理、公式整理

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1、 aE bAr(aE bA) (aE bA)x= a一bn有非零解向量组等价 矩阵等价() 矩阵相似(:)具有 反身性、对称性、传递性矩阵合同(;)v关于e,e2,概念、性质、定理、公式必须清楚,解法必须熟练,计算必须准确A可逆r(A) nA的列(行)向量线性无关A的特征值全不为0Ax 只有零解x ,AxRn,Ax 总有唯一解ATA是正定矩阵A EA p1 p2 Ps 口是初等阵存在n阶矩阵B,使得AB E或AB E建:全体n维实向量构成的集合 Rn叫做n维向量空间A不可逆 r(A) nA的列(行)向量线性相关0是A的特征值0的特征向量Ax 有非零解,其基础解系即为A关于称为?n的标准基,?

2、n中的自然基,单位坐标向量P教材87 ;e,e2, ,en线性无关; e,d, ,en 1 ; trE= n ;任意一个n维向量都可以用e1,e2, , q线性表示V行列式的计算:行列式按行a11a12La21a22LMMan1an2La1 nanna2nM行列式的定义 Dn()(叩2 Jn)a! j1a2j2 L anjn jL jn(列)展开定理:行列式等于它的任一行(列)的各元素与其对应的代数余子式的乘积之和推论:行列式某一行(列)的元素与另一行(列)的对应元素的代数余子式乘积之和等于零A OAO BO BO AAB OB O若A与B都是方阵(不必同阶),则A B(拉普拉斯展开式)上三角

3、、下三角、主对角行列式等于主对角线上元素的乘积ai nOdna2n 1a2n 1NNan1Oan1O关于副对角线:n (n 1)1)qna2nK an1 (即:所有取自不同行不同列的n个元素的乘积的代数和)范德蒙德行列式:矩阵的定义由m伴随矩阵 AX12X1Mn 1X1X22X2Mn 1X2Xn2XnMn 1XnXja11a12a1nn个数排成的m行n列的表a21Mam1AjA1A2MA21A22MAn1An2MAnA2nV逆矩阵的求法:A1(AIE)初等行变换1(EMA )a22Mam2a2nMamn称为m n矩阵.记作:Aaij或Am nm nAj为A中各个元素的代数余子式ad be c

4、a主L换位 副L变号iiia311a1a21a31不1aia2a3V方阵的幕的性质:AmAn Am n(Am)n (A)mnV 设 Am n Bn sA的列向量为1 72?7n , B的列向量为1 ,2 , s ,bnb12Lbisb21b22Lb2s则 ABCm s1 2 j nCl C2 ,L CsA i Cj , (i 1,2,L ,s)i为MMMbn1bn2LbnsAx Cj的解A1 j2 sA 1, A 2,A sC1,C2,L ,CsC1,C2,L ,Cs 可由 1, 2,n线性表示.即:C的列向量能由A的列向量线性表示, B为系数矩阵V用对角矩阵的对角线上的各元素依次乘此矩阵的(

5、行行向量;用对角矩阵(右右乘一个矩阵,相当于用的对角线上的各元素依次乘此矩阵的a11a12Lai n1qa11 1a122 La1n 2q即:a21a22La2n2C2a21 1a222 La2n 2C2MMMMMLLL3n13n2LamnnCmam1 13m22 Lamn 2Cm同理:C的行向量能由B的行向量线性表示,At为系数矩阵V两个同阶对角矩阵相乘只用把对角线上的对应元素相乘V矩阵方程的解法(ABTatctCDbtdtA1A1BB1AC1A1A 1CB 1OBOBA1Bn,BA22B22A*BAB*ABV分块矩阵的转置矩阵:分块矩阵的逆矩阵:分块对角阵相乘:A分块对角阵的伴随矩阵:0)

6、:设法化成AX BAB或(II)A11 1A OA 1 O1 1C BB 1CA 1 BAn B11,AnA22 B22A *( 1)mn A BB( 1)mn B AXA B(I)的解法:构造(AMB)初等行变换(EMX)(II)的解法:将等式两边转置化为atxtbt,用(I)的方法求出XT,再转置得X零向量是任何向量的线性组合,零向量与任何同维实向量正交单个零向量线性相关;单个非零向量线性无关部分相关,整体必相关;整体无关,部分必无关 (向量个数变动)(向量维数变动)原向量组无关,接长向量组无关;接长向量组相关,原向量组相关.两个向量线性相关对应元素成比例;两两正交的非零向量组线性无关P教

7、材114 -向量组1, 2,n中任一向量i (1 i w n)都是此向量组的线性组合向量组n线性相关向量组中至少有一个向量可由其余n1个向量线性表示向量组m维列向量组m维列向量组n线性无关向量组中每一个向量 i都不能由其余2, n线性相关2, n线性无关n线性无关,而矩阵的行向量组的秩列向量组的秩r(A) n ;r(A) n.线性相关,则可由n 1个向量线性表示.2,n线性表示,且表示法唯一 矩阵的秩.行阶梯形矩阵的秩等于它的非零行的个数行阶梯形矩阵 可画出一条阶梯线,线的下方全为 0 ;每个台阶只有一行,台阶数即是非零行的行数,阶梯线的竖线后面的第一个元素非零当非零行的第一个非零元为1,且这

8、些非零元所在列的其他元素都是0时,称为行最简形矩阵? 矩阵的行初等变换不改变矩阵的秩,且不改变列向量间的线性关系;矩阵的列初等变换不改变矩阵的秩,且不改变行向量间的线性关系即:矩阵的初等变换不改变矩阵的秩V矩阵的初等变换和初等矩阵的关系:对A施行一次初等(行行变换得到的矩阵,等于用相应的初等矩阵 乘A;对A施行一次初等0列变换得到的矩阵,等于用相应的初等矩阵 乘A.矩阵的秩如果矩阵A存在不为零的r阶子式,且任意r 1阶子式均为零,则称矩阵 A的秩为r.记作r(A) r向量组的秩向量组2,L , n的极大无关组所含向量的个数,称为这个向量组的秩.记作 r( 1,2,L , n)矩阵等价 A经过有

9、限次初等变换化为B.记作:A%B向量组等价1,2, n 和n可以相互线性表示.记作:? 矩阵A与B等价 PAQP,Q 可逆 r(A)r(B), A,B为同型矩阵A,B作为向量组等价,即:秩相等的向量组不一定等价.矩阵A与B作为向量组等价r( 1, 2,n) r(n) r( 1,2,矩阵A与B等价.? 向量组2,s可由向量组n线性表示AXB有解r(n)= r(r( 1, 2,s) w r(? 向量组1,2,s可由向量组n线性表示,且s n,则s线性相关.向量组2,s线性无关,且可由2, n线性表示,则s w? 向量组1,2,s可由向量组n线性表示,且r(s)r(1, 2, n),则两向量组等价;

10、P教材94,例10? 任一向量组和它的极大无关组等价.向量组的任意两个极大无关组等价? 向量组的极大无关组不唯一,但极大无关组所含向量个数唯一确定若两个线性无关的向量组等价,则它们包含的向量个数相等设A是m n矩阵,若r(A)A的行向量线性无关;若 r(A)A的列向量线性无关,即:n线性无关.V矩阵的秩的性质:r(A)若 A O r(A)0 w r(Am n) w min( m,n) r(A)r(AT) r(ATA)P教材101,例15 r(kA)r(A)若 k 0若 Amn,Bns,若(AB) 0r(A) r(B) nB的列向量全部是Ax r(AB) w min r(A),r(B)-若 A可

11、逆r(AB) r(B)若 B 可逆r(AB) r(A)即:可逆矩阵不影响矩阵的秩若 r(Am n) nAB O B OAB AC B CAx 只有零解r(AB) r(B)A在矩阵乘法中有左消去律若 r(Bn s) nr(AB) r(B)B在矩阵乘法中有右消去律若r(A) rA与唯一的ErOOO 等价,称 EOr为矩阵A的等价标准型 r(A B) w r(A) r(B)max r(A),r(B) w r(A,B) w r(A) r(B)p教材7。OABOr(A) r(B)r OA CBr(A) r(B)OB可由1,2丄,n线性表示Ax 有解 r(A) r(AM )Ax 有无穷多解 表示法不唯一2,L , n线性相关当A为方阵时Ax有唯一组解表示法唯一i,2,L ,.线性无关Ax当A为方阵时Ax不可由2丄,n线性表示Ax 无解r(A)r(A)r(A)r(AM ) r(AM )1 r(AM )教材72

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