矩阵
矩阵表示线性变换或线性方程组的系数。乘法是变换复合,因此通常不交换;初等变换既是计算工具,也是研究秩与可逆性的语言。
完成后应能
- 熟练完成矩阵与分块矩阵运算
- 用初等变换求逆和秩
- 利用秩、伴随矩阵与可逆条件处理参数问题
直觉
直觉与对象
AB 表示先做 再做 ,顺序变化通常改变结果。秩记录变换输出空间的维数,也是矩阵中独立信息的数量。
推导
解题主线
矩阵方程先确认左右乘方向;求逆可用 行变换到 ;求秩化为阶梯形并保留参数导致主元为零的分支。
定义
公式、条件与边界
逆矩阵:
适用条件: 为方阵且 。
边界检查:伴随公式适合理论推导,不总是最高效计算法。
秩不等式:
适用条件:矩阵 、 的乘积 AB 有定义。
边界检查:乘积秩可能严格下降。
Sylvester 不等式:
适用条件: 为 , 为 。
边界检查:式中的 是两个矩阵相接的中间维数。
易错边界
易错边界
不推出 或 ;;行变换保持行空间关系与秩,但一般不保持特征值。
小结
本章掌握标准
- 熟练完成矩阵与分块矩阵运算
- 用初等变换求逆和秩
- 利用秩、伴随矩阵与可逆条件处理参数问题
公式与边界
逆矩阵
- 适用条件
- 为方阵且
- 边界提醒
- 伴随公式适合理论推导,不总是最高效计算法
秩不等式
- 适用条件
- 矩阵 、 的乘积 AB 有定义
- 边界提醒
- 乘积秩可能严格下降
Sylvester 不等式
- 适用条件
- 为 , 为
- 边界提醒
- 式中的 是两个矩阵相接的中间维数