【线性代数】【第二章】矩阵习题

壹. 重要定理

一. 相关概念

1. 伴随矩阵

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2. 初等变换与等价

等价:经过有限次初等变换。

初等变换:左乘与右乘

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3. 正交矩阵

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二. 主要定理

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求逆矩阵的工作量少一半

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三. 主要公式

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贰. 典型例题

1. 矩阵运算

注意:

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题型一. 列向量的乘积

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设矩阵,运算观察。
或直接对角线元素相加。

 

题型二:矩阵的n次方

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  • 方法一: 直接乘
  • 方法二:秩=1,可以化成两个向量的乘积。
    另外两个向量乘积之后=数,是对角线元素相加。
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直接乘。

 
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公式:注意n倍的对于矩阵的每行都乘。
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整理等式,计算。n次方的化简。
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2. 特殊矩阵

题型一:伴随矩阵的求法

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  • 方法1:通过代数余子式,注意行列互换
  • 方法2:通过行列式变换求逆+求行列式的值。

 
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AB看成整体, C C ∗ = ∣ C ∣ E CC^{*}=|C|E CC=CE。等式左边 C ∗ C^{*} C,利用 ( A B ) − 1 = B − 1 A − 1 (AB)^{-1}=B^{-1}A^{-1} (AB)1=B1A1

 

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  1. 行列式不等于0,则秩=n
  2. 通过代数余子式来判定伴随矩阵。
    2.1. <n-1,代数余子式=0,所以伴随矩阵是0矩阵
    2.2. =n-1,
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利用定义:伴随+转置的定义写出来+求行列式。
可以得到:A11=A12=A13=a11

 

题型二. 可逆矩阵

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  1. 伴随矩阵
  2. 行变换

 
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  1. 矩阵相乘,提出A+E
  2. 逆的特性。

 

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凑E+B。
 
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  1. E的妙用
  2. 转置的逆,向量相乘的逆

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  1. 利用E
  2. 行列式的乘积可以左右替换乘积,并放到乘积的行列式中。

 

题型三. 正交矩阵

结论:

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  • 正交矩阵的行列式=1

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利用正交公式 A A T = E AA^T=E AAT=E。先化简然后再观察求解。

 

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都不是正交矩阵。

 

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E的妙用
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从定义出发: A ∗ ( A ∗ ) T A^*{(A^*)}^T A(A)T,利用正交矩阵特性。

 

题型四:行最简矩阵

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3. 初等变换(左乘行变换,右乘列变换)

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以行为单位进行变换,第二行[0 1 2]的情况:没有第一行+第二行+二倍第三行。

 
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一次变换也行,-2直接放到行变换中。

 
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两个变换+逆乘。

 
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由伴随+变换得AC的关系,约掉AC,求P。

 
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由秩判断。等价秩相等。
 

4. 分块矩阵

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对于一般的矩阵,拆成A+E(注意:也得是合适的形式,不是所有的矩阵都可以。)
对于秩=1的矩阵,化成列乘行矩阵的式子,以最小公约矩阵为基础(A)(为左),右乘行矩阵(每列对A的变化)。

 

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B. 思路:求伴随可以先通过求逆来求
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  1. 可逆=行列式不等于零
  2. 根据 A A − 1 = E AA^{-1}=E AA1=E,设矩阵

 
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错,again。 接近对,是2xn,不是 2 n {2^n} 2n

 

矩阵不可逆的题型:当做三个非齐次线性方程,求基础解析

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注意:A不可逆。
ing
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初等列变换,列向量等价

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B, C B − 1 = A CB^{-1}=A CB1=A ,C右乘矩阵进行初等列变换,所以列向量等价。

 
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5. 矩阵秩的计算

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一个未知数需要一个条件(秩=2,行列式=0)即可

 
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判断A的秩,由r(A(E+B))=2,E+B=3满秩,所以r(A)=2。

 
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直接初等行变换,进行分类讨论。

 

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关键词解题:B是三阶非零矩阵,则AB=0有非零解,所以R(A) < 3,得行列式=0。 接着求出a,然后判断A的秩。

或利用二阶子式:直接判断
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6. 矩阵方程:矩阵方程的运算

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就像 [ A ∣ E ] − > [ E ∣ A − 1 ] [A|E] -> [E|A^{-1}] [AE]>[EA1]

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B,
化成(A - B)X(A + B) = E,因为R(E)=3,所以左式的秩都等于3。所以都可逆。

 

抽象矩阵等式:利用公式AA=AA=|A|E

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注意公式:
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第九章 二次型 §9.1 习题 1.证明,一个非奇异的对称矩阵必与它的逆矩阵合同. 2.对下列每一矩阵A,分别求一可逆矩阵P,使 是对角形式: (i) (ii) (iii) 3.写出二次型 的矩阵,并将这个二次型化为一个与它等价的二次型,使后者只含变量的平方项. 4.令A是数域F上一个n阶斜对称矩阵,即满足条件 . (i)A必与如下形式的一个矩阵合同: (ii) 斜对称矩阵的秩一定是偶数. (iii) F上两个n阶斜对称矩阵合同的充要条件是它们有相同的秩. §9.2 复数域和实数域上的二次型 1.设S是复数域上一个n阶对称矩阵.证明,存在复数域上一个矩阵A,使得 . 2.证明,任何一个n阶可逆复对称矩阵必定合同于以下形式的矩阵之一: 3.证明,任何一个n阶可逆实对称矩阵必与以下形式的矩阵之一合同: 4.证明,一个实二次型 可以分解成两个实系数n元一次齐次多项式的乘积的充分且必要条件是:或者q的秩等于1,或者q的秩等于2并且符号差等于0. 5.令 证明A与B在实数域上合同,并且求一可逆实矩阵P,使得 . 6.确定实二次型 的秩和符号差. 7.确定实二次型 的秩和符号差. 8.证明,实二次型 的秩和符号差与 无关. §9.3 正定二次型 1.判断下列实二次型是不是正定的: ; 2. 取什么值时,实二次型 是正定的. 3.设A是一个实对称矩阵.如果以A为矩阵的实二次型是正定的,那么就说A是正定的.证明,对于任意实对称矩阵A,总存在足够大的实数 ,使得 是正定的. 4.证明, 阶实对称矩阵 是正定的,必要且只要对于任意 , 阶子式 5.设 是一个 阶正定实对称矩阵.证明 当且仅当A是对角形矩阵时,等号成立. [提示:对 作数学归纳法,利用定理9.3.2的证明及习题4.] 6.设 是任意 阶实矩阵.证明 (阿达马不等式). [提示:当 时,先证明 是正定对称矩阵,再利用习题5.] §9.4 主轴问题 1.对于下列每一矩阵A,求一个正交矩阵U,使得 具有对角形式: ; ; 2.设A是一个正定对称矩阵.证明:存在一个正定对称矩阵S使得 . 3.设A是一个 阶可逆实矩阵.证明,存在一个正定对称矩阵S和一个正交矩阵U,使得 . [提示: 是正定对称矩阵.于是由习题2存在正定矩阵S,使得 = .再看一下U应该怎样取.] 4.设 是一组两两可交换的 阶实对称矩阵.证明,存在一个 阶正交矩阵U,使得 都是对角形矩阵. [提示:对 作数学归纳法,并且参考7.6,习题9.]
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