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编程问答

线性代数复习总结——基本概念

發布時間:2023/12/8 编程问答 43 豆豆
生活随笔 收集整理的這篇文章主要介紹了 线性代数复习总结——基本概念 小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

文章目錄

  • 1. 行列式
  • 2. 矩陣
    • 2.1 矩陣的運算
    • 2.2 矩陣的秩
    • 2.3 矩陣的變換
    • 2.4 線性方程組的多解
  • 3. 向量
    • 3.1 線性相關
    • 3.2 最大無關組和向量組的秩
    • 3.3 線性方程組解的結構
    • 3.4 向量空間
  • 4. 相似矩陣與二次型
    • 4.1 正交矩陣
    • 4.2 正交矩陣和正交變換
    • 4.3 方陣的特征值與特征向量
    • 4.3 正定矩陣與相似矩陣
    • 4.4 對稱矩陣的對角化
    • 4.6 二次型及其他標準型

參考資料:
線性代數知識匯總
特別感謝上述博客的分享,在本文中會截取其中部分截圖。如有侵權,請聯系刪除。

1. 行列式

2. 矩陣

2.1 矩陣的運算

  • 矩陣與矩陣相乘:滿足結合率和分配律,但不滿足交換律,即AB≠BA;AB \neq BA;AB?=BA;

  • 數乘矩陣

  • 轉置矩陣
    (A+B)T=AT+BT(A+B)^T=A^T+B^T(A+B)T=AT+BT
    (AB)T=BTAT(AB)^T=B^TA^T(AB)T=BTAT
    (λA)T=λAT(\lambda A)^T=\lambda A^T(λA)T=λAT
    ③如果滿足A=ATA=A^TA=AT,則A稱為對稱矩陣。

  • 矩陣的行列式
    ∣AB∣=∣A∣∣B∣|AB|=|A||B|AB=AB
    ∣λA∣=λnA|\lambda A|=\lambda^n AλA=λnA

  • 伴隨矩陣:行列式|A|各個元素的代數余子式構成的矩陣。
    A?A=AA?=∣A∣EA^*A=AA^*=|A|EA?A=AA?=AE

  • 可逆矩陣(非奇異矩陣)
    ①若∣A∣≠0|A| \neq 0A?=0,則A?1=1∣A∣A?A^{-1}=\frac{1}{|A|}A^*A?1=A1?A?
    推論:若∣A∣≠0|A| \neq 0A?=0,則∣A?1∣=1∣A∣|A^{-1}|=\frac{1}{|A|}A?1=A1?
    推論:若∣A∣≠0|A| \neq 0A?=0,則A?=∣∣A∣A?1∣=∣A∣n?1;A^*=||A|A^{-1}|=|A|^{n-1};A?=AA?1=An?1;
    ②若方陣A可逆,則∣A∣≠0;|A| \neq 0;A?=0;
    (AB)?1=B?1A?1(AB)^{-1}=B^{-1}A^{-1}(AB)?1=B?1A?1
    (λA)T=1λAT(\lambda A)^T=\frac{1}{\lambda} A^T(λA)T=λ1?AT

2.2 矩陣的秩

  • K階子式:在矩陣A中任取k行k列,獲得位于行列交叉處的k2k^2k2個元素。在不改變它們的位置次序得到的k階行列式。
    m×nm \times nm×n矩陣A的k階子式有CmkCnkC_m^k C_n^kCmk?Cnk?個。

  • :假設矩陣A有一個不為零的r階子式D,而A的所有r+1階子式全為0.稱數r為矩陣A的秩。
    ①矩陣A的秩是A中非零子式的最高階數。
    R(A)=R(AT)R(A)=R(A^T)R(A)=R(AT)
    ③若矩陣A, B等價,則R(A)=R(B)R(A)=R(B)R(A)=R(B)

  • 滿秩矩陣:當∣A∣≠0|A| \neq 0A?=0時,R(A)=nR(A)=nR(A)=n。A為可逆矩陣,也是滿秩矩陣。

2.3 矩陣的變換

  • 矩陣的初等變換

  • 矩陣間的等價關系
    ①矩陣A與矩陣B等價,記作A~BA \sim BAB,即A通過有限次初等變換可以轉換為B。

  • 行階梯形矩陣

  • 行階最簡矩陣

  • 標準型矩陣

2.4 線性方程組的多解

對于n元線性方程組Ax=bAx=bAx=b

  • R(A)<R(A,B)?R(A) < R(A,B) \leftrightarrowR(A)<R(A,B)?方程無解。
  • R(A)=R(A,B)=n?R(A)=R(A,B)=n\leftrightarrowR(A)=R(A,B)=n?方程有唯一解。
  • R(A)=R(A,B)<n?R(A)=R(A,B)<n\leftrightarrowR(A)=R(A,B)<n?方程有無數解。

3. 向量

  • 向量組:若干同維數的列向量(行向量)所組成的集合。

3.1 線性相關

  • 線性組合
  • 線性表示

  • 向量組的線性相關性

3.2 最大無關組和向量組的秩

設有向量組A,如果在A中能選出r個向量,滿足:
①向量組A0:a1,a2,?,ara_1,a_2,\cdots,a_ra1?,a2?,?,ar?線性無關。
②向量組A中任意r+1個向量都線性相關。

  • 最大線性無關向量組:向量組A0A_0A0?是一個最大線性無關向量組。
    ①向量組A和它的最大無關組A0A_0A0?是等價的。

  • 向量組的秩:最大無關向量組所含向量的個數。

3.3 線性方程組解的結構

線性方程組的解的結構,就是當線性方程組有無限多個解時,解與解之間的相互關系。

  • 解向量:由線性方程組的解組成的向量。
  • 基礎解系:稱滿足如下條件的解向量是齊次線性方程組的一個基礎解系。
    ①解向量是線性無關的。
    ②方程的任意一個解都可以表示為解向量的線性組合。

3.4 向量空間

  • 封閉:集合中任意兩個元素做某一運算得到的結果仍屬于該集合。
  • 向量空間:非空集合V對加法和減法兩種運算封閉。
  • 子空間:非空子集合V1對加法和減法兩種運算封閉。
  • 向量空間的基:有向量空間V,從V中選出r個向量滿足:
    ①r個向量線性無關。
    ②V中任意一個向量能有這r個向量表示。
    則r是向量空間V的維數,并且V為r維向量空間。

4. 相似矩陣與二次型

(1)基本概念

  • 向量的內積

4.1 正交矩陣

  • 向量的正交性:當[x,y]等于0時,向量x和y正交。
    θ=arccos?[x,y]∣x∣∣y∣\theta = \arccos \frac{[x,y]}{|x||y|}θ=arccosxy[x,y]?
    ②若x=0,則x與任何向量都正交。

  • 正交向量組:兩兩正交的非零向量組成的向量組。
    ①組成正交向量組的向量線性無關。

  • 規范正交基

4.2 正交矩陣和正交變換

  • 正交矩陣:如果矩陣A滿足AAT=EAA^T=EAAT=E,則矩陣A為正交矩陣。
  • 正交變換:若P是正交陣,則線性變換y=Pxy=Pxy=Px稱為正交變換。
    ①正交變換后,線段的長度保持不變。

4.3 方陣的特征值與特征向量

  • 特征值與特征向量:如果A是n階矩陣,數λ\lambdaλ和n維非零向量x滿足:Ax=λxAx=\lambda xAx=λx,則λ\lambdaλ是A的特征值,x是A的特征向量。

  • 特征方程∣A?λE∣=0;|A-\lambda E|=0;A?λE=0;

  • 特征多項式∣A?λE∣;|A-\lambda E|;A?λE;

  • 性質:設A的特征值為λ1,?,λn\lambda_1,\cdots,\lambda_nλ1?,?,λn?,則
    λ1+?+λn=a11+?+ann;\lambda_1+\cdots+\lambda_n=a_{11}+\cdots+a_{nn};λ1?+?+λn?=a11?+?+ann?;
    λ1?λn=∣A∣;\lambda_1\cdots\lambda_n=|A|;λ1??λn?=A;

4.3 正定矩陣與相似矩陣

  • 半正定矩陣:當且僅當它的每個特征值大于等于零。
  • 正定矩陣:當且僅當它的每個特征值都大于零。
  • 相似矩陣:B是A的相似矩陣,當有可逆矩陣P滿足P?1AP=B;P^{-1}AP=B;P?1AP=B;
    ①若A, B相似,則A和B的特征值和特征多項式相同。

4.4 對稱矩陣的對角化

  • 可對角化的充要條件:A有n個線性無關的特征向量。
    ①如果A有n個不同的特征值,則A和對角陣相似。

4.6 二次型及其他標準型

  • 二次型

  • 二次型的矩陣
  • 二次型f的秩:二次型的矩陣A的秩。
  • 合同矩陣:矩陣A和B合同,當有可逆矩陣C滿足CTAC=BC^TAC=BCTAC=B.
    ①二次型f的矩陣由A變為與A合同的矩陣,且秩不變。
    R(A)=R(B)R(A)=R(B)R(A)=R(B)

總結

以上是生活随笔為你收集整理的线性代数复习总结——基本概念的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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