线性代数学习笔记(二)

本文介绍了线性代数中的核心概念,包括列空间与零空间的定义及其几何意义,通过矩阵消元法求解线性方程组的过程,并讨论了矩阵的秩与解空间的关系。

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课程六

  • 列空间C(A)
    A的所有列向量的线性组合组成列空间。
    子空间的交集仍然是子空间。
    Ax=b是否有解的一种解释是:b必须在A的列空间中,即存在A的列向量的线性组合等于b。
    假设Am×n的矩阵,m > n,则在这种解释下,A是向量空间Rn的子空间,Ax=b是否有解取决于向量b是否在A的列空间中。
    An×n的矩阵(方阵),且A的各列线性无关时,A的向量空间占满整个Rn,b为任何向量Ax=b皆有解。
  • 零空间N(A)
    使Ax=0的所有列向量x组成A的零空间。
    零空间必定包含零向量。
    零空间之所以为向量空间,因为其中的任意向量的数乘和加法仍然在向量空间内。

课程七

  • 消元
    1232462682810100200222244100200220240=U
  • 秩(Rank)
    消元后主元(pivot)的数目
  • 自由变量与特殊解
    无法通过消元得到主元的列是自由变量(自由列)。
    自由变量可以赋任意值。
    通常,通过设置自由变量中的任意一个为1,其他为0,得到一个解。变换赋值1的变量,得到其他解。
    零空间为这些解的所有线性组合。
  • 秩与主元
    秩(r)就是主元的个数。自由变量的个数为nr
  • 简化行阶梯形式(Reduced Row Echelon Form)
    100200220240100200020240100200010220=R
  • 通过Rx=0求解Ax=0
    R=[I0F0]x=[FI]

课程八

  • 增广矩阵
    1232462682810b1b2b3100200220240b1b22b1b3b2b1

    Ax=b有解的条件是b3b2b1=0
  • Ax=b有解的两种描述
    b在列空间C(A)
    如果A的行向量的的某个线性组合得到了零向量,b的相同的组合也必须给出0
  • Ax=b的所有解
    1. 设置所有自由变量为0,解出所有主变量,得到特解。
    2. 解出零向量空间。
    3. 所有解为特解加上零空间。
  • Am×n矩阵,秩为r,有rm,rn
    1. 列满秩r=n时,自由变量个数为0,N(A)=0,如果存在解,解唯一。(有0个或1个解)
    2. 行满秩r=m时,对任意b都有解。自由变量有n-r个。
    3. r=m=n时,矩阵可逆,R=I,有唯一解。
    4. r=n<m时,R=[I0],有0或1个解。
    5. r=m<n时,R=[IF], 有无穷多解。
    6. r<m,r<nR=[I0F0],有0个解或无穷多解。
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