MIT线性代数02_矩阵消元

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1. Elimination

pivot 主元

[121381041]−>[12102−2041]−>[12102−2005] \begin{bmatrix} 1 & 2 & 1\\ 3 & 8 & 1\\ 0 & 4 & 1\\ \end{bmatrix} -> \begin{bmatrix} 1 & 2 & 1 \\ 0 & 2 & -2 \\ 0 & 4 & 1 \\ \end{bmatrix} -> \begin{bmatrix} 1 & 2 & 1 \\ 0 & 2 & -2\\ 0 & 0 & 5\\ \end{bmatrix} 130284111>100224121>100220125

2. Back-substitution

augumented matrix 增广矩阵

[1212381120412]−>[121202−260412]−>[121202−26005−10] \begin{bmatrix} 1 & 2 & 1 & 2 \\ 3 & 8 & 1 & 12 \\ 0 & 4 & 1 & 2 \\ \end{bmatrix} -> \begin{bmatrix} 1 & 2 & 1 & 2\\ 0 & 2 & -2 & 6\\ 0 & 4 & 1 & 2\\ \end{bmatrix} -> \begin{bmatrix} 1 & 2 & 1 & 2 \\ 0 & 2 & -2& 6 \\ 0 & 0 & 5 & -10\\ \end{bmatrix} 1302841112122>100224121262>1002201252610

3. Elimination matrices

  • identity matrix 单位矩阵
  • elementary matrix 初等矩阵
  • associative law 结合律
  • par·en·thesis n. /pəˈrenθəsɪs/= bracket
  • permutation matrix 置换矩阵
  • Inverse

Step 1: Matries: subtract 3 x row1 from row2

$$
\begin{bmatrix}
1 & 0 & 0 \
-3 & 1 & 0 \
0 & 0 & 1 \
\end{bmatrix}

\begin{bmatrix}
1 & 2 & 1 & 2 \
3 & 8 & 1 & 12 \
0 & 4 & 1 & 2 \
\end{bmatrix}

\begin{bmatrix}
1 & 2 & 1 & 2 \
0 & 2 & -2 & 6 \
0 & 4 & 1 & 2 \
\end{bmatrix}
$$

Step 2: Subtract 2 x row2 from row3

$$
\begin{bmatrix}
1 & 0 & 0 \
0 & 1 & 0 \
0 & -2& 1 \
\end{bmatrix}
\begin{bmatrix}
1 & 2 & 1 & 2 \
0 & 2 & -2 & 6 \
0 & 4 & 1 & 2 \
\end{bmatrix}

\begin{bmatrix}
1 & 2 & 1 & 2 \
0 & 2 & -2 & 6 \
0 & 0 & 5 & -10 \
\end{bmatrix}
$$

E32(E21A)=U(E32E21)A=U E_{32} (E_{21} A) = U \\ (E_{32} E_{21}) A = U E32(E21A)=U(E32E21)A=U

4. Matrix Multiplication

矩阵乘以一个列向量,相当于矩阵的列的线性组合。
一个行向量乘以一个矩阵,相当于矩阵的行的线性组合。

Permutation

Exchange row1 and row2

$$
\begin{bmatrix}
0 & 1 \
1 & 0 \
\end{bmatrix}

\begin{bmatrix}
a & b \
c & d \
\end{bmatrix}

\begin{bmatrix}
c & d \
a & b \
\end{bmatrix}
$$

$$
\begin{bmatrix}
a & b \
c & d \
\end{bmatrix}

\begin{bmatrix}
0 & 1 \
1 & 0 \
\end{bmatrix}

\begin{bmatrix}
b & a \
d & c \
\end{bmatrix}
$$

Inverses

$$
\begin{bmatrix}
1 & 0 & 0 \
3 & 1 & 0 \
0 & 0 & 1 \
\end{bmatrix}
\begin{bmatrix}
1 & 0 & 0 \
-3 & 1 & 0 \
0 & 0 & 1 \
\end{bmatrix}

\begin{bmatrix}
1 & 0 & 0 \
0 & 1 & 0 \
0 & 0 & 1 \
\end{bmatrix}
$$

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