线性代数总复习及典型例题精编版课件.ppt
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1、线性代数总复习线性代数总复习第一章第一章 行列式行列式二阶行列式的计算方法二阶行列式的计算方法.2112221122211211aaaaaaaa 第一节第一节 n阶行列式的定义阶行列式的定义三阶行列式的计算方法三阶行列式的计算方法沙路法沙路法323122211211aaaaaa .312213332112322311aaaaaaaaa 322113312312332211aaaaaaaaa D333231232221131211aaaaaaaaaD nnnn 212)1(21)1(一些常用的行列式结果:一些常用的行列式结果:nnnnaaaaaa000222112111122nna aa nn
2、2121 kkkkmmmmbbbb*aaaaDMMMMMM111111110*1111mmmmaaaaMM.1111kkkkbbbbMM行列式与它的转置行列式相等行列式与它的转置行列式相等.性质性质1.1行列式的某一行(列)中所有元素的行列式的某一行(列)中所有元素的公因子可以提到行列式符号的外面公因子可以提到行列式符号的外面 性质性质1.2式为零。式为零。行列式的某一行(列)中的所有元素都行列式的某一行(列)中的所有元素都乘以同一数乘以同一数 k,等于用数,等于用数 k 乘此行列式乘此行列式.如果行列式中有一行如果行列式中有一行(列列)为零,那么行列为零,那么行列第二节第二节 行列式的性质行
3、列式的性质对换行列式的两行(列)对换行列式的两行(列),行列式变号行列式变号.性质性质1.3则此行列式为零则此行列式为零.如果行列式有两行(列)完全相同,如果行列式有两行(列)完全相同,比例,那么行列式为零比例,那么行列式为零 性质性质1.4如果行列式中有两行(列)对应成如果行列式中有两行(列)对应成如果行列式的某一行(列)的元素都是如果行列式的某一行(列)的元素都是则则D等于下列两个行列式之和:等于下列两个行列式之和:例如第例如第i 行的元素都是两数之和行的元素都是两数之和 性质性质1.5两数之和,两数之和,nnnnininiiiinaaacbcbcbaaaDMMMMMM2122111121
4、1 nnnniniinaaabbbaaaDMMMMMM212111211 nnnniniinaaacccaaaMMMMMM212111211 同一数然后加到另一行同一数然后加到另一行(列列)对应的元素上去,行对应的元素上去,行列列 把行列式的某一行(列)的各元素乘以把行列式的某一行(列)的各元素乘以 性质性质1.6式不变式不变(倍加运算倍加运算)计算行列式常用方法:计算行列式常用方法:(1)利用定义利用定义;(2)利用性质把行列式化为上三角形行列式,利用性质把行列式化为上三角形行列式,从而算得行列式的值从而算得行列式的值第三节第三节 行列式按行行列式按行(列列)展开展开数余子式的乘积,即数余子
5、式的乘积,即.ijijAaD 引理引理一个一个n阶行列式,如果第阶行列式,如果第i 行所有元素除行所有元素除ija外都为零,外都为零,ija与它的代与它的代那么这个行列式等于那么这个行列式等于式某行式某行(列列)元素与另一行元素与另一行(列列)对应元素的代数余子对应元素的代数余子行列式的某行行列式的某行(列列)的所有元素与其对应的所有元素与其对应的代数余子式乘积之和等于该行列式的值。的代数余子式乘积之和等于该行列式的值。式乘积之和等于零。式乘积之和等于零。行列行列行列式按行(列)展开法则是把高阶行行列式按行(列)展开法则是把高阶行列式的计算化为低阶行列式计算的重要列式的计算化为低阶行列式计算的
6、重要工具工具.;,0,1jijiDAankkjki当当当当 ;,0,1jijiDAankjkik当当当当第二章第二章 矩阵及其运算矩阵及其运算一、矩阵的概念一、矩阵的概念 由由 个数个数nm njmiaij,2,1;,2,1 称为称为m行行n列列矩阵矩阵,简称简称 矩阵矩阵.nm 排成的排成的m行行n列的数表列的数表mnmmnnaaaaaaaaaMMM212222111211 Anm 其中其中 个数称为矩阵个数称为矩阵A的元素,数的元素,数ija称为矩阵称为矩阵A的第的第i 行第行第j 列的元素列的元素.1.矩阵的基本概念矩阵的基本概念 加法加法 数与矩阵相乘数与矩阵相乘 矩阵与矩阵相乘矩阵与
7、矩阵相乘 方阵的幂方阵的幂 转置矩阵转置矩阵 对称及反对陈矩阵对称及反对陈矩阵 方阵的行列式方阵的行列式 1.矩阵的基本运算:矩阵的基本运算:二、矩阵的运算二、矩阵的运算2.矩阵的运算规律:矩阵的运算规律:;1ABBA 交换律:交换律:.2CBACBA 结合律:结合律:加法:加法:;:1AA 结合律结合律 :2 分配律分配律 .BABA ;AAA 数乘:数乘:;1BCACAB ,3ACABCBA ;CABAACB BABAAB 2(其中其中 为数)为数);乘法:乘法:方阵的幂运算:方阵的幂运算:kllkAA)((2)lklkAAA (1)注意:注意:.kkkBAAB ;1AATT ;2TTTB
8、ABA ;3TTAA .4TTTABAB 转置运算:转置运算:由由n阶方阵阶方阵A的元素的元素按原相对位置按原相对位置所构成所构成或或A.det A称为方阵称为方阵A的行列式,记作的行列式,记作的行列式,的行列式,3.方阵的行列式及其性质方阵的行列式及其性质AAT BAAB 方阵的行列式满足下列规律:方阵的行列式满足下列规律:(2)(3)(设(设A、B为为n阶方阵,阶方阵,为数)为数)(1);AAn .列标列标三、逆矩阵三、逆矩阵1.基本概念基本概念对于对于n阶方阵阶方阵A,如果存在一个,如果存在一个n阶方阵阶方阵B使得使得EBAAB 则称则称B是是A的逆矩阵,并称矩阵的逆矩阵,并称矩阵A是可
9、逆矩阵或满秩是可逆矩阵或满秩.1 A矩阵,或非奇异矩阵矩阵,或非奇异矩阵,记为记为说明说明 若若A是可逆矩阵,则是可逆矩阵,则A的逆矩阵是的逆矩阵是唯一唯一的的.11AA 写写成成不不能能将将 注意注意各元素各元素aij 的代数余子式的代数余子式Aij 构成如下构成如下n阶方阵阶方阵 nnnnnnAAAAAAAAAA212221212111称为矩阵称为矩阵A的的伴随矩阵伴随矩阵.,)(nnijaA 设有设有n阶方阵阶方阵A由行列式由行列式 中中 *A注意注意:伴随阵伴随阵与原矩阵与原矩阵A元素位置的对应关系元素位置的对应关系.EAAAAA 设设A为为n阶方阵,阶方阵,A*为其伴随矩阵,则为其伴
10、随矩阵,则2.基本定理基本定理,11 AAA且且.的伴随阵的伴随阵是是其中其中AA 设设A为为n阶方阵,则阶方阵,则,0 AA可逆可逆或或若若(EAB 设设A、B 都是都是n阶方阵,阶方阵,.1 AB则则,)EBA AA且且可逆可逆则则数数可逆可逆若若,0,2 且且也可逆也可逆则则为同阶可逆矩阵为同阶可逆矩阵若若,3ABBA 1ABB1 1 A .111 AA .,1111AAAA 且且也可逆也可逆则则可逆可逆若若3.可逆矩阵的性质可逆矩阵的性质 .,4AAAAT 且且也可逆也可逆则则可逆可逆若若TT1 1 .,511 AAA则有则有可逆可逆若若 .1212 AA推推广广1AmA1 mA1 1
11、A(1)利用定义利用定义(一般适用于证明题一般适用于证明题)(3)待定系数法待定系数法(4)初等变换法初等变换法:步骤如下步骤如下 ;21AAA 利用公式利用公式4.逆矩阵的计算方法逆矩阵的计算方法);()1(EAM构造矩阵构造矩阵1,)()2(AEEAEA对应部分即为对应部分即为右边右边后后单位矩阵单位矩阵化为化为将将施行初等行变换施行初等行变换对对M.21tAAAA tAOAOAA21设方阵设方阵分块对角矩阵的性质分块对角矩阵的性质则则 1.可可逆逆,且且即即矩矩阵阵则则如如果果AAtiAi,0,2,10 .21 tAAAAoo1 1 1 1 2.ktkkkAOAOAA21.3 四、分块矩
12、阵四、分块矩阵 nn 0000002211特殊地,如果特殊地,如果 是对角矩阵是对角矩阵当且仅当当且仅当nn ,2211都不为零时,都不为零时,是可逆矩阵,且是可逆矩阵,且 11221111000000nn knnkkk 0000002211则则矩阵的初等变换包括矩阵的初等变换包括3 3种:对换变换、数乘变换种:对换变换、数乘变换和倍加变换。这三种初等变换的过程都是可逆的,和倍加变换。这三种初等变换的过程都是可逆的,且其逆变换是同一类型的初等变换且其逆变换是同一类型的初等变换.列标列标五、矩阵的初等变换与初等矩阵五、矩阵的初等变换与初等矩阵1.初等变换与初等矩阵初等变换与初等矩阵nmrOOOE
13、 设设A是一个是一个 非零矩阵,那么非零矩阵,那么A一定一定nm 可以通过有限次初等行变换化为行阶梯形及行最可以通过有限次初等行变换化为行阶梯形及行最简形,再进行初等列变换化为如下标准形:简形,再进行初等列变换化为如下标准形:其中其中r 就是行阶梯形矩阵中非零行的行数就是行阶梯形矩阵中非零行的行数.注意:注意:初等变换不改变矩阵的可逆性。初等变换不改变矩阵的可逆性。对于任何一个非零矩阵对于任何一个非零矩阵,都可以先进行初等行变换化都可以先进行初等行变换化为行阶梯形及行最简形为行阶梯形及行最简形,再进行初等列变换化为标准形再进行初等列变换化为标准形.A的右边乘以相应的的右边乘以相应的n阶初等矩阵
14、阶初等矩阵.nm 设设A是一个是一个 矩阵,对矩阵,对A 施行一次施行一次初等行变换,相当于在初等行变换,相当于在A的左边乘以相应的的左边乘以相应的m阶阶初等矩阵;对初等矩阵;对A施行一次初等列变换,相当于在施行一次初等列变换,相当于在ECCACRRRts 2121121121)()(tsCCCERRRA1112111121 CCCRRRtsn阶方阵阶方阵A可逆的充要条件是存在有限可逆的充要条件是存在有限.,2121llPPPAPPP 使得使得个初等矩阵个初等矩阵六、矩阵的秩六、矩阵的秩求矩阵秩的方法求矩阵秩的方法(1)利用定义:寻找矩阵中非零子式的利用定义:寻找矩阵中非零子式的最高阶数最高阶
15、数(2)初等变换法:把矩阵用初等行变换初等变换法:把矩阵用初等行变换变成为行阶梯形矩阵,行阶梯形矩阵变成为行阶梯形矩阵,行阶梯形矩阵中非零行的行数就是矩阵的秩中非零行的行数就是矩阵的秩对于对于n阶方阵阶方阵A,如果,如果A的秩等于的秩等于n,则称则称A为满秩矩阵,否则称为降秩矩阵为满秩矩阵,否则称为降秩矩阵.;)(nAR;0 AA为可逆矩阵为可逆矩阵.对于对于n阶方阵阶方阵A,下列命题等价:,下列命题等价:(1)A为满秩矩阵;为满秩矩阵;(2)(3)(4)第三章 线性方程组()nAR=()nAR有无穷多解有无穷多解.b bAx=非齐次线性方程组非齐次线性方程组bAx ;有有唯唯一一解解bAx
16、BRAR(1)无解无解(2)并且通解中有并且通解中有n-r个自由未知量个自由未知量.其中其中 bABM()()BRAR=有解有解:非齐次线性方程组非齐次线性方程组bAx 的具体解法:的具体解法:(1)对增广矩阵施行初等行变换化为行阶梯形矩阵,对增广矩阵施行初等行变换化为行阶梯形矩阵,比较比较 以及以及n之间的大小关系,从而判断之间的大小关系,从而判断方程组解的情况:无解,唯一解,无穷解。方程组解的情况:无解,唯一解,无穷解。BRAR、(2)在判断有解的情况下,继续对行阶梯形矩阵施在判断有解的情况下,继续对行阶梯形矩阵施行初等行变换,将其化为行最简形,并写出最简形行初等行变换,将其化为行最简形,
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