《线性代数》教案完整版教案整本书全书电子教案.docx
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1、 线性代数 教 案编 号: 课时安排: 2 学时教学课型:理论课 实验课 习题课 其它题目: 第一章 行列式 1.1二阶、三阶行列式 1.2 n阶行列式教学目的要求: 使学生掌握二、三阶行列式的定义及计算方法;理解逆序数的定义及计算方法教学重点、难点: 二、三阶行列式的定义及计算方法;逆序数的计算方法教学方式、手段、媒介: 讲授,多媒体、板书教学过程:(含复习上节内容、引入新课、中间组织教学以及如何启发思维等) 导入(10分钟)本章主要内容和知识点 新授课内容(75分钟)二、三阶行列式的定义一、二阶行列式的定义 从二元方程组的解的公式,引出二阶行列式的概念。设二元线性方程组 用消元法,当 时,
2、解得 令 ,称为二阶行列式 ,则 如果将D中第一列的元素, 换成常数项, ,则可得到另一个行列式,用字母表示,于是有按二阶行列式的定义,它等于两项的代数和:,这就是公式(2)中的表达式的分子。同理将中第二列的元素a 12,a 22 换成常数项b1,b2 ,可得到另一个行列式,用字母表示,于是有 按二阶行列式的定义,它等于两项的代数和:,这就是公式(2)中的表达式的分子。于是二元方程组的解的公式又可写为 其中例1. 解线性方程组 同样,在解三元一次方程组时,要用到“三阶行列式”,这里可采用如下的定义.二、三阶行列式的定义 设三元线性方程组用消元法解得 定义 设有9个数排成3行3列的数表 记 ,称
3、为三阶行列式,则 三阶行列式所表示的6项的代数和,也用对角线法则来记忆:从左上角到右下角三个元素相乘取正号,从右上角到左下角三个元素取负号,即例2. 计算三阶行列式 .(-14)例3. 解线性方程组 解 先计算系数行列式 再计算 ,得 , 全排列及其逆序数引例:用1、2、3三个数字,可以组成多少个没有重复的三位数?一、全排列 把n个不同的元素排成一列,叫做这个元素的全排列(简称排列).可将个不同元素按进行编号,则个不同元素的全排列可看成这个自然数的全排列.个不同元素的全排列共有种. 二、逆序及逆序数 逆序的定义:取一个排列为标准排列,其它排列中某两个元素的次序与标准排列中这两个元素的次序相反时
4、,则称有一个逆序.通常取从小到大的排列为标准排列,即的全排列中取为标准排列. 逆序数的定义:一个排列中所有逆序数的总数称为这个排列的逆序数. 逆序数为偶数的排列称为偶排列,逆序数为奇数的排列称为奇排列,标准排列规定为偶排列. 例1: 讨论的全排列. 全排列123231312132213321逆序数022113奇偶性偶奇逆序数的计算:设为的一个全排列,则其逆序数为 .其中为排在 前,且比大的数的个数. 定理1 任意一个排列经过一个对换后奇偶性改变。定理2 n个数码(n1)共有n!个n级排列,其中奇偶排列各占一半。总结(5分钟)讨论、思考题、作业:教学总结: 线性代数 教 案编 号: 课时安排:
5、2 学时教学课型:理论课 实验课 习题课 其它题目: 第一章 行列式 1.2 阶行列式的定义(续)教学目的要求: 掌握阶行列式的定义教学重点、难点: 阶行列式的定义,特殊行列式的计算公式教学方式、手段、媒介: 讲授,多媒体、板书教学过程:(含复习上节内容、引入新课、中间组织教学以及如何启发思维等) 复习(5分钟) 新授课内容(80分钟)回顾二阶,三阶行列式的共同特点. 二阶行列式 .其中: 是 的全排列,是的逆序数,是对所有的全排列求和. 三阶行列式 其中:是的全排列,是的逆序数,是对所有的全排列求和. 其中: 是的全排列,是的逆序数, 是对所有的全排列求和. 板书给出阶行列式语言定义和计算定
6、义: 举例进行练习阶行列式的等价定义为: 阶行列式的等价定义为: 特殊公式1: , 特殊公式2:下三角行列式.总结(5分钟)讨论、思考题、作业:教学总结: 线性代数 教 案编 号: 课时安排: 2 学时教学课型:理论课 实验课 习题课 其它题目:第一章 行列式 1.3 行列式的性质教学目的要求: 掌握阶行列式的性质,会利用阶行列式的性质计算阶行列式的值;教学重点、难点: 行列式的性质教学方式、手段、媒介: 讲授,多媒体、板书教学过程:(含复习上节内容、引入新课、中间组织教学以及如何启发思维等) 复习(5分钟) 新授课内容(80分钟)转置行列式的定义 记 = ()行列式称为行列式的转置行列式(依
7、次将行换成列)一、阶行列式的性质性质 1: 行列式与它的转置行列式相等.由此知,行与列具有同等地位.关于行的性质,对列也同样成立,反之亦然.如: 以r表示第i行,表示第j列.交换两行记为,交换i,j两列记作.性质 2:行列式互换两行(列),行列式变号. 推论: 行列式有两行(列)相同,则此行列式为零. 性质 3:行列式的某一行(列)的所有元素乘以数 ,等于用数乘以该行列式. 推论1: 行列式的某一行(列)所有元素的公因子可以提到行列式符号外. 推论2: 行列式中有两行(列)的元素对应成比例,则此行列式为零. 性质 4: 若行列式中某一行(列)的元素都是两数之和,则此行列式等于两个行列式之和.
8、即若 则 +.性质 5: 把行列式某一行(列)的元素乘以数再加到另一行(列)上,则该行列式不变. 二、阶行列式的计算:例1. 计算.解: .例2. . (推广至阶,总结一般方法)例3. 证明:.证明: 左端.例4. 计算阶行列式.(利用递推法计算)例5. , 则 .总结(5分钟)讨论、思考题、作业:教学总结: 线性代数 教 案编 号: 课时安排: 2 学时教学课型:理论课 实验课 习题课 其它题目: 第一章 行列式 1.4 行列式按行(列)展开教学目的要求: 了解余子式和代数余子式的概念;掌握行列式按行(列)展开;教学重点、难点: 行列式按行(列)展开教学方式、手段、媒介: 讲授,多媒体、板书
9、教学过程:(含复习上节内容、引入新课、中间组织教学以及如何启发思维等) 复习(5分钟) 新授课内容(80分钟)定义 在阶行列式中,把元素所处的第行、第列划去,剩下的元素按原排列构成的阶行列式,称为的余子式,记为;而称为的代数余子式. 引理 如果阶行列式中的第行除外其余元素均为零,即: .则:. 定理 行列式等于它的任意一行(列)的各元素与对应的代数余子式乘积之和,即 按行: 按列: 举例讲解并练习范德蒙行列式.其中,记号“”表示全体同类因子的乘积.定理的推论 行列式一行(列)的各元素与另一行(列)对应各元素的代数余子式乘积之和为零,即 按列: 结合定理及推论,得 ,其中总结(5分钟)讨论、思考
10、题、作业:教学总结: 线性代数 教 案编 号: 课时安排: 2 学时教学课型:理论课 实验课 习题课 其它题目: 第一章 行列式 1.5 克莱姆法则教学目的要求: 了解克拉默法则的内容,了解克拉默法则的证明,会利用克拉默法则求解含有个未知数个方程的线性方程组的解;教学重点、难点: 克拉默法则的应用教学方式、手段、媒介: 讲授,多媒体、板书教学过程:(含复习上节内容、引入新课、中间组织教学以及如何启发思维等) 复习(5分钟) 新授课内容(80分钟)研究对象:含有个未知数的个方程的线性方程组 (1)与二、三元线性方程组相类似,它的解可以用阶行列式表示.定理1(Cramer法则)如果线性方程组(1)
11、的系数行列式不等于零,即,则方程组(1)有且仅有一组解:, (2)其中是把系数行列式中的第列的元素用方程组右端的常数列代替,而其余列不变所得到的阶行列式.当全为零时,即 称之为齐次线性方程组.显然,齐次线性方程组必定有解().根据克拉默法则,有 1齐次线性方程组的系数行列式时,则它只有零解(没有非零解) 2反之,齐次线性方程组有非零解,则它的系数行列式. 例1求解线性方程组解:系数行列式同样可以计算 , , 所以 ,.注意: 1. 克莱姆法则的条件:个未知数,个方程,且2. 用克莱姆法则求解方程组运算量大一般不采用它求解方程组。3. 克莱姆法则具有重要的理论意义。4. 克莱姆法则说明线性方程组
12、的解与它的系数、常数项之间的依存关系.例2. 用克拉默法则解方程组例3. 已知齐次线性方程组有非零解,问应取何值?解 系数行列式由:,得总结(5分钟)讨论、思考题、作业:教学总结: 线性代数 教 案编 号: 课时安排: 2 学时教学课型:理论课 实验课 习题课 其它题目: 第二章 矩阵 2.1 矩阵的概念 2.2 矩阵的运算 2.3 阶矩阵(方阵),方阵的行列式教学目的要求: 了解矩阵的概念;掌握矩阵的运算教学重点、难点: 矩阵的概念和矩阵的运算教学方式、手段、媒介: 讲授,多媒体、板书教学过程:(含复习上节内容、引入新课、中间组织教学以及如何启发思维等) 导入(10分钟)本章主要内容和知识点
13、 新授课内容(75分钟)一、矩阵的定义 称行、列的数表 为矩阵,或简称为矩阵;表示为或简记为,或或;其中表示中第行,第列的元素。 其中行列式为按行列式的运算规则所得到的一个数;而矩阵是 个数的整体,不对这些数作运算。 例如,公司的统计报表,学生成绩登记表等,都可写出相应的矩阵。设,都是 矩阵,当 则称矩阵与相等,记成。二、特殊形式 阶方阵: 矩阵 行矩阵 :矩阵(以后又可叫做行向量),记为列矩阵 :矩阵(以后又可叫做列向量),记为 零矩阵 :所有元素为的矩阵,记为 矩阵的运算一、加法 设,,都是矩阵,则加法定义为 显然, , 二、数乘 设是数,是矩阵,则数乘定义为 显然 , , 三、乘法 设
14、,,则乘法定义为 其中 注:两个矩阵相乘要求前一个矩阵的列数等于后一个矩阵的行数;乘积矩阵的行数为前一个矩阵的行数,列数为后一个矩阵的列数;乘积矩阵的第行,第列元素为前一个矩阵的第行元素与后一个矩阵的第行元素对应相乘再相加。 例:设 , ,则 例:设,求及。解: ,由此发现:(1),(不满足交换律) (2),但却有。一个必须注意的问题 : 1若,, ,则 成立,当 时, 不成立; 2即使,,则 是阶方阵,而是阶方阵;3. 如果 , 都是阶方阵,例如,则 ,而 综上所述,一般 (即矩阵乘法不满足交换率)。 下列性质显然成立: ,,几个运算结果: 1 . ;2. ;3 .若为矩阵,是阶单位阵,则;
15、若是阶单位阵,则;4线性方程组的矩阵表示: ,则 矩阵的幂:.四、转置 设 ,记则称是的转置矩阵。 显然, , , , 。 五、方阵的行列式 为阶方阵,其元素构成的阶行列式称为方阵的行列式,记为或。 结论 , , 。总结(5分钟)讨论、思考题、作业:教学总结: 线性代数 教 案编 号: 课时安排: 2 学时教学课型:理论课 实验课 习题课 其它题目:第二章 矩阵 2.4 几种特殊的矩阵教学目的要求: 掌握几个阶特殊矩阵的定义和性质教学重点、难点: 三角形矩阵和对称矩阵的相关定义和结论教学方式、手段、媒介: 讲授,多媒体、板书教学过程:(含复习上节内容、引入新课、中间组织教学以及如何启发思维等)
16、 复习(5分钟) 新授课内容(80分钟)对角阵 :对角线元素为,其余元素为的方阵,记为 结论:同阶对角阵的和、数乘、乘积仍是同阶对角矩阵数量矩阵:结论:同阶数量阵的和、数乘、乘积仍是同阶数量矩阵单位阵 :对角线元素为1,其余元素为0的方阵,记为 三角形矩阵:上三角形矩阵下三角形矩阵同阶同型三角阵的和、数乘、乘积仍是同阶同型三角矩阵对称矩阵:若矩阵满足(即),则称是对称阵 结论:设是矩阵,则是阶对称阵,是阶对称阵.结论:数乘对称矩阵及同阶对称矩阵之和仍为对称矩阵,但是对称矩阵的乘积未必对称。两个同阶对称矩阵,当且仅当二者可交换时,乘积才是对称矩阵。总结(5分钟)讨论、思考题、作业:教学总结: 线
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