工程硕士《矩阵理论.doc

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工程硕士《矩阵理论

工程硕士《矩阵理论》考试范围与重要习题 1、两个子空间的直和 例:设和分别是齐次方程组和的解空间,证明。 证明:因方程组和,只有零解,故,从而=,且是的子空间,即≤。 又的维数是n-1,的维数是1 故的维数是n维,所以。 注:任给一个的子空间,可以找到子空间使得: 此式称为V的一个直和分解,,称为互补空间 线性空间中线性变换的象空间与核 例题1:证明:线性空间V的线性变换T的象空间和核都是V的子空间 证明: 例题2:线性空间V中的线性变化T的象空间和核的维数之和等于V的维数 dim(T(V))+dim(ker(T))=dim(V) 证明:设dim(V)=n dim(ker(T))=s 只需证明dim(T(V))=n-s即可 取ker(T)的一组基再添加n-s个向量 将这组向量扩充为V的一组基 现在只需证明线性无关。 设 则: 故 于是可由线性表示 即 故有 因是V的一组基, 所以 因此线性无关 3、过渡矩阵 线性变换在给定基下的矩阵 例题:已知中的线性变换T在基 下的矩阵是 求T在基下的矩阵。 解:设基到的过度矩阵为Q 则 即: 所以 所以T在基下的矩阵B为 4、定理:内积空间中必存在标准正交基(施密特正交化) 例:设是中的一组标准正交基 其中 求V的一组标准正交基 解:设,即有 因为线性无关,故 因此线性无关,所以是V的一组基。 现将其化为标准正交基,首先将其正交化 取 再将其单位化 5、正交矩阵与酉矩阵的性质与判定 例1:设是n维欧氏空间V中的单位向量,定义V中的变换T为。证明T为正交变换 证明: 故T是V的线性变换 故,所以T是正交变换 例2证明:n阶的方阵A为酉矩阵的充要条件是对任何都有 证明:(必要性) 注:酉矩阵 若A是酉矩阵,则对 则 (充分性) 取中的一组标准正交基 则存在唯一的线性变换T,使得T在基下的矩阵是A 即:(证明T是正交变换) 因此T是正交变换,从而A是酉矩阵。 6、矩阵A的约当标准形(初等因子和不变因子) 例题:求矩阵都的约当标准形、不变因子、初等因子。 解: 故A的不变因子是1,, 初等因子是, 因对应的约当块 对应的约当块 故A的约当标准形为或 求约当标准形的步骤: ①写出A的特征矩阵 ②求出的全部初等因子 ③写出每个初等因子对应的约当块 ④写出约当标准形 7、凯莱-哈密顿定理 例题:设,证明: 为可逆矩阵并将表示为A的多项式。 证明:A的特征多项式为 由凯莱-哈密顿定理得: 8、线性空间的范数 没有例子就把定义搬上了 定义:设V是数域P上的线性空间,如果对V中的任意向量V都有一个非负实数与之对应,记为且满足下列的性质 1正定性: 2齐次性: 3三角不等式: 称为的范数并称定义了范数的线性空间为赋范空间 其他重要例题 例题1: 设是数域P上的线性空间V的一组向量,则由他们的所有线性组合构成的集合是V的子空间。 证明:显然S非空, () 故S是V的子空间称S为由生成的子空间 记作 ①的一个最大线性无关组就是的一组基 ②的维数 = 秩 例题2: 在n维的向量空间中,对向量 定义其中表示y的共轭转置 则为中的内积 验证:① ② 令 ③ 且

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