矩阵的运算与逆矩阵.ppt

1 班级 时间 年月日 星期 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 2 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 本次课讲 1 教材第二章第二节 矩阵的基本运算和关系运算2 教材第二章第三节 逆矩阵的概念与性质3 下次上课时交作业 P9 P12 下次课讲 1 教材第二章第三节 续 逆矩阵的运算与证明2 教材第二章第四节 矩阵的分块法3 教材第三章第一节 初等变换的基本概念 3 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 学完本次课达到如下要求1 会用符号语言表述加减数乘幂 转置对称伴随等运算 2 加减数乘幂运算掌握运算律 即了解什么是不可以的 如乘法不交换不消去不化零 3 转置 对称 行列式和伴随运算要熟记关系运算公式 请记住伴随行列式没有加法公式 伴随运算也没有乘法运算 4 3 矩阵与矩阵相乘 重点是乘的过程与表达式 设有两个线性变换 求出从到的线性变换 一 矩阵的四则运算 1 乘法的历史 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 5 2 2 2 3 3 2 2 乘法的定义与运算规律 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 6 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 7 如 是一个数 注意 只有当左矩阵的列数等于右 矩阵的行数时 两个矩阵才可以相乘 与顺序有关 3 矩阵运算的性质 与实数运算的对比 通过以上对矩阵运算的了解 尤其是对矩阵乘法运算的分析 我们可以对比一下矩阵的代数运算与我们所熟悉的实数的代数运算 并找出它们之间的本质区别 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 8 1 乘法一般不满足交换律 解 但 无法相乘 2 3 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 9 2 实数运算存在化0因子 即若ab 0 则a b至少有一个数是0 但矩阵运算不存在化0因子 即若AB 0 A与B可能都不为0 如下例 3 实数满足消去律 但矩阵乘法消去律不再成立 就是说 若矩阵A B C满足AB AC 并且A不为0 则不能推出B C 例如 解 4 可相乘的单位矩阵与任意矩阵可交换 或简写成EA AE A 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 10 6 用矩阵的乘法表示线性变换和线性方程组 系数矩阵 由矩阵乘法知 设给定一个线性变换 5 矩阵的乘法虽然一般不能满足交换律 但结合律却总是成立的 因此 涉及多矩阵连乘时 在不改变左右顺序及相邻矩阵可相乘的前提下可任意添加或删去括号 i ii iii 其中 为数 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 11 方 矩阵的幂 设A是n阶方阵 定义 注 1 只有方阵 它的幂才有意义 2 3 对于两个n阶矩阵 一般 如 4 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 12 例3 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 二 矩阵的关系运算 13 定义5 矩阵的转置也是一种运算 它满足下述运算规律 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 14 所以 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 15 注 行矩阵的转置矩阵是列矩阵 列矩阵的转置矩阵是行矩阵 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 16 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 例5 2000 2 17 例6 设A为对称矩阵 为多项式 试证仍为对称矩阵 证明 设 2 对称矩阵 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 18 3 方阵的行列式 定义6 由n阶方阵A的元素所构成的行列式 各元素的位置不变 称为方阵A的行列式 记作 注 n阶方阵是一个数表 n阶行列式是一个数 或 由A确定的这个运算满足下述运算规律 设A B为n阶 方阵 为实数 i ii iii 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 19 设矩阵A为A的伴随矩阵 试证 注意A 的排列顺序 4 伴随矩阵 性质 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 20 类似有 例8 设 解 5 共轭矩阵 自己看书 知道定义就可以了 略 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 21 三 逆矩阵 设给定一个线性变换 1 它的系数矩阵是一个n阶矩阵A 若记 则线性变换 1 可记作 2 是否存在从Y到X的现行变换 若存在这样的变换 即意味着存在矩阵B 使得 3 3 表示一个从Y到X的线性变换 称为线性变换 2 的逆变换 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 22 显然 为恒等变换所对应的矩阵 所以 所以 于是 定义7 对于n阶矩阵A 若有一个n阶矩阵B 使得 则说矩阵A是可逆的 并称矩阵B是矩阵A的逆矩阵 A的逆矩阵记作 即若 则 由 2 3 两式得 1 逆矩阵的定义 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 23 2 逆矩阵的性质 设B C都是A的逆矩阵 则有 证 1 唯一性 若矩阵A是可逆的 那么A的逆矩阵一定是唯一的 2 非奇异性 1 奇异概念 当时 称为奇异矩阵 否则称为非奇异矩阵 是可逆矩阵的充分必要条件是 2 定理 证 必要性 若A可逆 即有 使得 所以 即 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 24 充分性 若 设为矩阵的伴随矩阵 又因为 所以有 按逆矩阵的定义有 3 可交换性 若 或 则 证 所以 因而存在 于是 证毕 说明 该性质不仅说明了可逆的非奇异性 还诠释了一种用伴随矩阵求逆矩阵的方法 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 25 方阵的逆矩阵满足下述运算规律 i 若可逆 则也可逆 且 ii 若可逆 数 0 则可逆 且 本定义说明 若AB E 则AB BA E 即在逆矩阵定义中 只要满足AB E或BA E的一个 即满足定义 即A B可交换 且交换乘积结果一致 3 逆矩阵的运算规律 iii 若为同阶矩阵且均可逆 则亦可逆 且 证 即结论成立 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 26 iv 若可逆 则亦可逆 且 证 所以有 注 1 方阵的幂的拓展 当时 还可定义 其中k为正整数 这样 当 均为整数时 有 存在 2 若 第四讲矩阵的运算与逆矩阵 27 解 则存在 所以 教材例11 根据求逆矩阵的定理 由