龚德恩-线性代数-jj-xd0105.pptVIP

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* 第五节 逆矩阵 一、逆矩阵的概念和性质 二、逆矩阵求法 三、分块矩阵的逆矩阵 一、逆矩阵的概念和性质 定义1.12 设A为n阶矩阵,如果存在矩阵B,使得 则称矩阵A是可逆的,矩阵B称为A的逆矩阵. 在乘法运算中,数的乘法有逆运算: 若数 则 且 而 矩阵也有类似的运算吗? 由此可知,矩阵A的逆矩阵是唯一的. A的逆矩阵记为 ,即 根据矩阵乘法的运算律,有 实际上,假设矩阵B和C都是A的逆矩阵,则 由逆矩阵的定义,如果n阶矩阵A可逆,则其 逆矩阵B必为n阶矩阵.且A的逆矩阵是唯一的. 例1.22 单位矩阵E可逆., 实际上,由于EE=E可知, . 零矩阵必不可逆,因为对任意同阶矩阵A,有 例1.23 设矩阵 验证: 所以A可逆,且 证: 因 例1.24 设n阶对角矩阵 证 因为 . 如果 ,则A可逆,且 所以 即 例1.25 初等矩阵都是可逆矩阵,其逆矩阵仍为 初等矩阵.并且 证 因为 所以 可逆,且 类似可验证后两个结论. 可逆矩阵具有下述重要性质: (1)如果矩阵A可逆,则 也可逆,且 (2)如果矩阵A可逆,则 也可逆,且 (3)如果矩阵A可逆,数 ,则kA可逆,且 (4)设A,B为同阶可逆矩阵,则AB也可逆,且 的逆矩阵,即 证 (1)因为 ,所以A为 (2)因为 所以 为 的逆矩阵,即 (3)因为 所以kA可逆, 且 为 的逆矩阵,即 即 (4)因为A,B为可逆矩阵,所以 存在, 根据可逆矩阵的定义,AB为可逆矩阵,且AB 的 逆矩阵为 ,即 且有 (4)因为A,B为可逆矩阵,所以 存在, 性质(4)可以推广到更为一般的情况. 推论1 设 为同阶的可逆矩阵, 则它们的乘积也可逆,且 推论2 设矩阵A与B等价,且A可逆,则B也可逆. 证 因为矩阵A与B等价,存在同阶初等矩阵 和 ,使得 利用上面的例1.25和推论1,当A可逆时,B是 可逆矩阵的乘积.可见B可逆. A的等价标准形为 . 定理1.3 n阶矩阵A为可逆矩阵的充分必要条件是 A与En等价,一定为可逆矩阵. 证 充分性 设A的等价标准形为 ,则A与 等价.而 为可逆矩阵,根据性质(4)的推论2, 因为A为可逆矩阵,其等价矩阵B也为可逆矩阵. 必要性 假设可逆矩阵A的等价标准形为B, 且 ,即B至少有一个零行(不妨设B恰有 一个零行),可记为 把B的逆矩阵进行与B同类型的分块,记为 其中 为 阶矩阵, 为 矩阵, 为 阶矩阵, 为1阶矩阵, 与逆矩阵的定义矛盾.因此,假设 是错误的. 故 . 必要性得证. 类似可证 定理1.4 设A, B都是n阶矩阵,满足AB=E, 则矩阵A可逆,且 . (证明略) 利用定理1.4,要证明矩阵B是A的逆矩阵, 只需验证 AB=E 或 BA=E 中的一个成立. 例1.26 已知矩阵X满足 其中 求矩阵X. 解 由 ,可得 故 可逆. 在(*)式两边左乘 ,得 即 (*) 即 (*) 在(*)式两边左乘 ,得 二、逆矩阵求法 定理1.5 设n阶矩阵A可逆,则对A施以有限次初等 行变换必可将A化为单位矩阵E,而单位矩阵 E 经 过同样的初等行变换必可化为 (证明略) 初等行变换 同样初等行变换 定理表明: 根据定理1.3,若A可逆,则A与单位矩阵E等价, 于是有下面定理: 推论 n阶矩阵A可逆的充分必要条件是A可以表 示为一系列初等矩阵的乘积. 因此有求A的逆矩阵的方法: 将A与E并排放在一起,组成一个 的分块 矩阵 . 对矩阵 做一系列初等行变换, 将其左半部化为单位矩阵E ,这时其右半部将化 为 . 初等行变换 即 于是,得 例1.27 设矩阵 ,求 . 解 对矩阵 施以初等行变换:

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