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矩阵的初等变换与逆矩阵的求法.pptVIP

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1.2 矩阵的初等变换与逆矩阵的求法 本节内容 1. 线性方程组的同解变换; 2. 矩阵的初等变换; 3. 初等矩阵; 4. 用初等行变换求逆矩阵. 线性方程组的同解变换 同解变换,就是变换后的线性方程组与原线性方程组同解。 初等变换就是线性方程组的同解变换。 定理:设方程组经过某一初等变换后变为另一个方程组,则新方程组与原方程组同解。(证明看课本第9页) 矩阵的初等变换 消元法解线性方程组 消元法的基本思想是:反复利用同解变换将方程组化为阶梯形状。 在消元法求解过程中,只涉及到对方程组的系数与常数的运算。因此只考虑对方程组的系数与常数组成的矩阵进行变换即可。相应的,对矩阵进行类似的变换叫做矩阵的初等变换。 矩阵的初等行变换的定义,完全对应着方程组的同解变换。因此,对矩阵进行初等行变换使其成为阶梯形矩阵的过程,实际上就是对方程组进行同解变换使其变为阶梯形状的过程。 例:解线性方程组 初等矩阵 定义:由单位矩阵I经过一次初等变换的矩阵称为初等矩阵。 由于初等变换有三种类型,所以对应的初等矩阵就有三种类型。 (1)对调I的两行(或两列); (2)非零数乘以I中的某行(或某列); (3)某行(或列)的若干倍加到另一行(或列)。 初等矩阵都是可逆的,并且 初等矩阵的性质 ※定理1.2 有限个初等矩阵的乘积必可逆. ※用初等矩阵左乘某矩阵,相当于对该矩阵进行相应的初等行变换;用初等矩阵右乘矩阵,相当于对该矩阵进行相应的初等列变换;反之亦然。 ※若矩阵B是矩阵A经过有限次初等变换得到的,那么可以记为B=PAQ,其中P、Q为初等矩阵的乘积 ※定理1.3 可逆矩阵经过有限次初等变换仍可逆. ※定理1.4 可逆矩阵经过有限次初等行变换可以化为单位矩阵. ※定理1.5 方阵P为可逆矩阵的充要条件是P可以表示为有限个初等矩阵的乘积。 用初等行变换求逆矩阵 原理:可逆矩阵A可以分解为若干初等矩阵的乘积, 设 则 上式表明,对矩阵A与I进行相同的行变换, 在把A化为单位阵的同时,就把I化为了A的逆 矩阵。 做法:将A与I按照行的方向组合成一个大矩阵,对 大矩阵进行行变换,在A部分成为I的时候, 原来的I部分就成为A的逆。 例题 设 ,求 解: 小结 本节要求掌握内容 1. 矩阵初等变换的记号,初等矩阵的记号; 2. 初等矩阵的性质; 3. 用初等行变换求逆矩阵. 作业 P34 1.7(2)(5) 1.10 初等变换 线性方程组的初等变换有三种: 1. 互换两个方程的位置; 2. 把某个方程两边同乘以一个非零常数; 3. 将某个方程加上另一个方程的k倍. 初等变换是可逆的,即用同类型的变换可将新方程组变为原方程组。 注意:变换过程中方程组中方程的个数不变。 互换两个方程的位置 方程两边同乘以一个非零常数c 一个方程加上另一个方程的k倍 对调I中的两行(或两列) 对调I的两行 对调I的两列 非零数乘以I中的某行(或某列) 非零数乘以I的行 非零数乘以I的列 某行(或列)的若干倍加到另一行(或列) 初等矩阵左乘相当于行变换 初等矩阵右乘相当于列变换 矩阵的初等变换 定义:以下三种变换称为矩阵的初等变换: 1. 对换矩阵的两行(或两列); 记为 2. 以任意数 乘以矩阵的某一行(或列)每个元; 记为 3. 某一行(或列)的每个元乘以同一常数加到另一行(或列)的对应元上去. 记为 矩阵A经过初等变换化为矩阵B表示为A→B。 习惯上在箭头的上面写出行变换,下面写出列变换。 初等矩阵的性质 ※定理1.2 有限个初等矩阵的乘积必可逆. ※用初等矩阵左乘某矩阵,相当于对该矩阵进行相应的初等行变换;用初等矩阵右乘矩阵,相当于对该矩阵进行相应的初等列变换;反之亦然。 ※若矩阵B是矩阵A经过有限次初等变换得到的,那么可以记为B=PAQ,其中P、Q为初等矩阵的乘积 ※定理1.3 可逆矩阵经过有限次初等变换仍可逆. ※定理1.4 可逆矩阵经过有限次初等行变换可以化为单位矩阵. ※定理1.5 方阵P为可逆矩阵的充要条件是P可以表示为有限个初等矩阵的乘积。 例题 设 ,求 解: * * 定义:以下三种变换称为矩阵的初等变换: 1. 对换矩阵的两行(或两列); 记为 2. 以任意数 乘以矩阵的某一行(或列)每个元; 记为 3. 某一行(或列)的每个元乘以同一常数加到另一行(或列)的对应元上去. 记为 矩阵A经过初等变换化为矩阵B表示为A→B。 习惯上在箭头的上面写出行变换,下面写出列变换。 先将方程组的系数与等式右边的常数组成一个3×4的矩阵,然后

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