前提条件:
有一个nn阶可逆矩阵。
A=⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎜a11a21⋮an1a12a22⋮an2⋯⋯⋱⋯a1na2n⋮ann⎞⎠⎟⎟⎟⎟⎟A=(a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮⋱⋮an1an2⋯ann)
对于行列式为:
|A|=∣∣∣∣∣∣∣a11a21⋮an1a12a22⋮an2⋯⋯⋱⋯a1na2n⋮ann∣∣∣∣∣∣∣|A|=|a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮⋱⋮an1an2⋯ann|
则其伴随矩阵为:
A∗=⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎜A11A12⋮A1nA21A22⋮A2n⋯⋯⋱⋯An1An2⋮Ann⎞⎠⎟⎟⎟⎟⎟A∗=(A11A21⋯An1A12A22⋯An2⋮⋮⋱⋮A1nA2n⋯Ann)
则逆矩阵为:
A−1=A∗|A|A−1=A∗|A|
为什么A−1A−1会是这样
验证:
前提
行列式按照某一行展开:
|A|=∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣a11a21⋮ai1⋮an1a12a22⋮ai2⋮an2⋯⋯ ⋯ ⋯a1na2n⋮ain⋮ann∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣=ai1Ai1+ai2Ai2+⋯+ainAin|A|=|a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮ ⋮ai1ai2⋯ain⋮⋮ ⋮an1an2⋯ann|=ai1Ai1+ai2Ai2+⋯+ainAin
所以如果是:
aj1Ai1+aj2Ai2+⋯+ajnAin=∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣a11a21⋮aj1⋮aj1⋮an1a12a22⋮aj2⋮aj2⋮an2⋯⋯ ⋯ ⋯ ⋯a1na2n⋮ajn⋮ajn⋮ann∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣=0aj1Ai1+aj2Ai2+⋯+ajnAin=|a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮ ⋮aj1aj2⋯ajn⋮⋮ ⋮aj1aj2⋯ajn⋮⋮ ⋮an1an2⋯ann|=0
为什么A−1=A∗|A|A−1=A∗|A|
因为:
A−1A=A∗|A|A=⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜A11|A|A12|A|⋮A1n|A|A21|A|A22|A|⋮A2n|A|⋯⋯⋱⋯An1|A|An2|A|⋮Ann|A|⎞⎠⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎜a11a21⋮an1a12a22⋮an2⋯⋯⋱⋯a1na2n⋮ann⎞⎠⎟⎟⎟⎟⎟=⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜a11A11+⋯+an1An1|A|a11A12+⋯+an1An2|A|⋮a11A1n+⋯+an1Ann|A|a12A11+⋯+an2An1|A|a12A11+⋯+an2An1|A|⋮a12A1n+⋯+an2Ann|A|⋯⋯⋱⋯a1nA11+⋯+annAn1|A|a1nA11+⋯+annAn1|A|⋮a1nA1n+⋯+annAnn|A|⎞⎠⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟=⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜|A||A|0|A|⋮0|A|0|A||A||A|⋮0|A|⋯⋯⋱⋯0|A|0|A|⋮|A||A|⎞⎠⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟=⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎜10⋮001⋮0⋯⋯⋱⋯00⋮1⎞⎠⎟⎟⎟⎟⎟=EA−1A=A∗|A|A=(A11|A|A21|A|⋯An1|A|A12|A|A22|A|⋯An2|A|⋮⋮⋱⋮A1n|A|A2n|A|⋯Ann|A|)(a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮⋱⋮an1an2⋯ann)=(a11A11+⋯+an1An1|A|a12A11+⋯+an2An1|A|⋯a1nA11+⋯+annAn1|A|a11A12+⋯+an1An2|A|a12A11+⋯+an2An1|A|⋯a1nA11+⋯+annAn1|A|⋮⋮⋱⋮a11A1n+⋯+an1Ann|A|a12A1n+⋯+an2Ann|A|⋯a1nA1n+⋯+annAnn|A|)=(|A||A|0|A|⋯0|A|0|A||A||A|⋯0|A|⋮⋮⋱⋮0|A|0|A|⋯|A||A|)=(10⋯001⋯0⋮⋮⋱⋮00⋯1)=E
A−1A=A∗|A|A=⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜A11|A|A12|A|⋮A1n|A|A21|A|A22|A|⋮A2n|A|⋯⋯⋱⋯An1|A|An2|A|⋮Ann|A|⎞⎠⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎜a11a21⋮an1a12a22⋮an2⋯⋯⋱⋯a1na2n⋮ann⎞⎠⎟⎟⎟⎟⎟=⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎜βT1βT2⋮βTn⎞⎠⎟⎟⎟⎟⎟(α1,α2,⋯,αn)A−1A=A∗|A|A=(A11|A|A21|A|⋯An1|A|A12|A|A22|A|⋯An2|A|⋮⋮⋱⋮A1n|A|A2n|A|⋯Ann|A|)(a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮⋱⋮an1an2⋯ann)=(β1Tβ2T⋮βnT)(α1,α2,⋯,αn)
显然:
βTiαj={0,i≠j1,i=jβiTαj={0,i≠j1,i=j
在矩阵的对角化中,
假设矩阵AA的特征值为,对应的特征向量为α1,α2,⋯,αnα1,α2,⋯,αn
为什么由特征向量构成的矩阵
P=(α1,α2,⋯,αn)P=(α1,α2,⋯,αn)
若要矩阵PP可逆,则线性无关
则此时:
P−1AP=⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎜βT1βT2⋮βTn⎞⎠⎟⎟⎟⎟⎟A(α1,α2,⋯,αn)=⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎜βT1βT2⋮βTn⎞⎠⎟⎟⎟⎟⎟(Aα1,Aα2,⋯,Aαn)=⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎜βT1βT2⋮βTn⎞⎠⎟⎟⎟⎟⎟(λ1α1,λ2α2,⋯,λnαn)=⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎜βT1λ1α1βT2λ1α1⋮βTnλ1α1βT1λ2α2βT2λ2α2⋮βTnλ2α2⋯⋯⋱⋯βT1λnαnβT2λnαn⋮βTnλnαn⎞⎠⎟⎟⎟⎟⎟=⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎜βT1λ1α10⋮00βT2λ2α2⋮0⋯⋯⋱⋯00⋮βTnλnαn⎞⎠⎟⎟⎟⎟⎟=⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎜λ10⋮00λ2⋮0⋯⋯⋱⋯00⋮λn⎞⎠⎟⎟⎟⎟⎟P−1AP=(β1Tβ2T⋮βnT)A(α1,α2,⋯,αn)=(β1Tβ2T⋮βnT)(Aα1,Aα2,⋯,Aαn)=(β1Tβ2T⋮βnT)(λ1α1,λ2α2,⋯,λnαn)=(β1Tλ1α1β1Tλ2α2⋯β1Tλnαnβ2Tλ1α1β2Tλ2α2⋯β2Tλnαn⋮⋮⋱⋮βnTλ1α1βnTλ2α2⋯βnTλnαn)=(β1Tλ1α10⋯00β2Tλ2α2⋯0⋮⋮⋱⋮00⋯βnTλnαn)=(λ10⋯00λ2⋯0⋮⋮⋱⋮00⋯λn)