九章线代数及其应用.ppt
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1、九章线代数及其应用 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 我们先从解二元线性方程组引入二阶行我们先从解二元线性方程组引入二阶行列式的概念及计算考虑二元线性方程组列式的概念及计算考虑二元线性方程组 一、一、二阶行列式二阶行列式9.1 行列式的概念与计算行列式的概念与计算如果如果 那么方程组的解为那么方程组的解为 如果对于方程组的系数如果对于方程组的系数,按其在方程组中出现的按其在方程组中出现的位置相应地排列成一个方形表位置相应地排列成一个方形表 引入记号引
2、入记号|那么就可以得到一个二阶行列式,并规定为那么就可以得到一个二阶行列式,并规定为 此式的右端称为二阶行列式的展开式此式的右端称为二阶行列式的展开式 aij(i=1,2;j=1,2)称为二阶行列式的元素,横排称为二阶行列式的元素,横排的的称为行,竖排的称为列称为行,竖排的称为列例例 计算下列各行列式计算下列各行列式 将一个二阶行列式将一个二阶行列式D的行与列依次互换得到的的行与列依次互换得到的行列式称为行列式行列式称为行列式D的转置行列式,记为的转置行列式,记为D T,如,如二阶行列式二阶行列式 的转置行列式为的转置行列式为 二、二阶行列式的性质二、二阶行列式的性质行列式行列式D与它的转置行
3、列式与它的转置行列式DT的值相等的值相等性质性质1 1性质性质2 如果行列式的某一行(列)的每一个元素都如果行列式的某一行(列)的每一个元素都是二项式,则此行列式等于把这些二项式各取一项是二项式,则此行列式等于把这些二项式各取一项作成相应的行(列),其余的行(列)不变的两各作成相应的行(列),其余的行(列)不变的两各行列式的和行列式的和性质性质3 如果把行列式如果把行列式D的某一列(行)的每一个元素的某一列(行)的每一个元素同乘以一个常数同乘以一个常数k则此行列式的值等于则此行列式的值等于kD也就是也就是说,行列式中某一列(行)所有元素的公因子可以提说,行列式中某一列(行)所有元素的公因子可以
4、提到行列式记号的外面到行列式记号的外面性质性质4 如果把行列式的某两列(或两行)对调,则如果把行列式的某两列(或两行)对调,则所得的行列式与原行列式的绝对值相等,符号相反所得的行列式与原行列式的绝对值相等,符号相反例例 利用行列式的性质计算下列式子利用行列式的性质计算下列式子类似地,三元线性方程组类似地,三元线性方程组 的系数所构成的行列式规定为的系数所构成的行列式规定为 三、三、三阶行列式三阶行列式此式的右端称为三阶行列式按第一行的展开式此式的右端称为三阶行列式按第一行的展开式 三阶行列式的计算方法可用图示记忆法,凡三阶行列式的计算方法可用图示记忆法,凡是实线上三个元素相乘所得到的项带正号,
5、凡是是实线上三个元素相乘所得到的项带正号,凡是虚线上三个元素相乘所得到的项带负号这种展虚线上三个元素相乘所得到的项带负号这种展开法称为对角线展开法开法称为对角线展开法 下面介绍三阶行列式的展开式:下面介绍三阶行列式的展开式:其中其中A11、A12、A13分别称为分别称为a11、a12、a13的代数的代数余子式余子式例例 计算下列三阶行列式:计算下列三阶行列式:定义定义 设设n-1阶行列式已经定义,规定阶行列式已经定义,规定n阶行列式阶行列式 一个三阶行列式可以用三个二阶行列式来表示,所一个三阶行列式可以用三个二阶行列式来表示,所以可以用二阶行列式来定义三阶行列式,可以用三阶行列以可以用二阶行列
6、式来定义三阶行列式,可以用三阶行列式来定义四阶行列式,式来定义四阶行列式,依此类推,一般地,可以用,依此类推,一般地,可以用n n个个n n-1-1阶行列式来定义阶行列式来定义n n阶行列式,下面给出阶行列式,下面给出n n阶行列式的阶行列式的定义:定义:四、四、n阶行列式阶行列式其中其中 A A1j1j=(-1)=(-1)1+j1+jM M1j 1j(j=1,2,=1,2,n)这里这里M1j为元素为元素a1j的余子式,即为划掉的余子式,即为划掉A的第的第1行第行第j 列后所得的列后所得的n-1阶行列式,阶行列式,A1j称为称为a1j的代的代数余子式数余子式 由定义可以看出,行列式是由行列式不
7、同行、由定义可以看出,行列式是由行列式不同行、不同列的元素的乘积构成的和式这种定义方法称不同列的元素的乘积构成的和式这种定义方法称为归纳定义,通常,把上述定义简称为按行列式的为归纳定义,通常,把上述定义简称为按行列式的第第1行展开行展开解解 因为因为a12 12=a13 13=0=0 所以由定义所以由定义例例 计算行列式计算行列式.解解 由定义,将由定义,将Dn 按第一行展开,得按第一行展开,得 如果行列式的某一行(列)的每一个元素都是二如果行列式的某一行(列)的每一个元素都是二项式,则此行列式等于把这些二项式各取一项作成相应的项式,则此行列式等于把这些二项式各取一项作成相应的行(列),其余的
8、行(列)不变的两各行列式的和行(列),其余的行(列)不变的两各行列式的和行列式行列式D与它的转置行列式与它的转置行列式DT的值相等的值相等性质性质1 1性质性质2 2五、行列式的性质五、行列式的性质 如果把行列式如果把行列式D的某一列(行)的每一个的某一列(行)的每一个元素同乘以一个常数元素同乘以一个常数k则此行列式的值等于则此行列式的值等于kD也就也就是说,行列式中某一列(行)所有元素的公因子可以是说,行列式中某一列(行)所有元素的公因子可以提到行列式记号的外面提到行列式记号的外面 如果把行列式的某两列(或两行)对调,如果把行列式的某两列(或两行)对调,则所得的行列式与原行列式的绝对值相等,
9、符号相反则所得的行列式与原行列式的绝对值相等,符号相反 如果行列式的某两列(或两行)的对应如果行列式的某两列(或两行)的对应元素相同,则此行列式的值等于零元素相同,则此行列式的值等于零 如果行列式的某两列(或两行)的对应如果行列式的某两列(或两行)的对应元素成比例,则此行列式的值等于零元素成比例,则此行列式的值等于零 “行列式的两列对应元素成比例行列式的两列对应元素成比例”就是指存在就是指存在一个常数一个常数k,使,使ali=kalj(l=1,2n)性质性质3 3性质性质4 4 推论推论性质性质5 5 性质性质6 如果把行列式的某一列(行)的每一个元如果把行列式的某一列(行)的每一个元素加上另
10、一列(行)的对应元素的素加上另一列(行)的对应元素的k倍,则所得行列倍,则所得行列式与原行列式的值相等式与原行列式的值相等 由于行列式的整个计算过程方法灵活,变化较多,由于行列式的整个计算过程方法灵活,变化较多,为了便于书写和复查,在计算过程中约定采用下列标为了便于书写和复查,在计算过程中约定采用下列标记方法:记方法:1.以(以(r)代表行,()代表行,(c)代表列)代表列2.把第把第i 行(或第行(或第i 列)的每一个元素加上第列)的每一个元素加上第j 行(或行(或第第j 列)对应元素的列)对应元素的k倍,记作(倍,记作(ri)+k(rj)或或(ci)+k(cj)3.互换互换i 行(列)和行
11、(列)和j 行(列),记作(行(列),记作(ri)(rj)或(或(ci)(cj)性质性质7 行列式行列式D等于它的任一行(列)的各元素等于它的任一行(列)的各元素与其对应的代数余子式乘积之和,即与其对应的代数余子式乘积之和,即D=ai1Ai1+ai2Ai2+ainAin (i=1,2,n)推论推论 行列式行列式D的一行元素分别与另一行对应的代的一行元素分别与另一行对应的代数余子式之乘积的和等于零,即数余子式之乘积的和等于零,即aj1Ai1+aj2Ai2+ajnAin=0 (i,j=1,2,n,ij)例按第三行展开计算行列式按第三行展开计算行列式 由由mn个数排成的个数排成的m行行n列数表列数表
12、 称为一个称为一个m行行n列矩阵,简称为列矩阵,简称为mn矩阵其中矩阵其中aij表示第表示第i行第行第j列处的元素,列处的元素,i称为称为aij的行指标,的行指标,j称称为为aij的列指标的列指标定义定义1 19.2 矩阵及其初等变换矩阵及其初等变换一、一、矩阵的概念矩阵的概念 矩阵通常用矩阵通常用A,B,C大写字母表示,若需指大写字母表示,若需指明矩阵的行数和列数常写为或例如:明矩阵的行数和列数常写为或例如:为一个为一个23矩阵矩阵 在以后的讨论中,还会经常用到一些特殊的矩在以后的讨论中,还会经常用到一些特殊的矩阵,下面分别给出他们的名称阵,下面分别给出他们的名称,元素全为零的矩阵元素全为零
13、的矩阵称为零矩阵,记作称为零矩阵,记作O或或0,如:,如:当当m=n时,称时,称A为为n阶矩阵(或阶矩阵(或n阶方阵)阶方阵)只有只有1行(行(1n)或)或1列(列(m1)的矩阵,分)的矩阵,分别称为行矩阵和列矩阵,如:别称为行矩阵和列矩阵,如:若方阵的元素若方阵的元素 aij=0(ij),则称),则称A为对角矩为对角矩阵,阵,aii(i=1,2,n)称为称为A的对角元,如的对角元,如 为二阶对角矩阵为二阶对角矩阵 对角元全为数对角元全为数1的对角矩阵称为单位矩阵,的对角矩阵称为单位矩阵,n阶单位阶单位矩阵记为矩阵记为In形如形如 的矩阵分别称为上三角矩阵和下三角矩阵的矩阵分别称为上三角矩阵和
14、下三角矩阵 把矩阵的行与列依次互换,得到的矩阵称为矩阵把矩阵的行与列依次互换,得到的矩阵称为矩阵A的转置矩阵即矩阵的转置矩阵即矩阵 的转置矩阵的转置矩阵 一个一个m行行n列矩阵列矩阵A的转置矩阵是一个的转置矩阵是一个n行行m列的矩阵列的矩阵那么就称这两个矩阵相等那么就称这两个矩阵相等.例例 已知已知 而且而且A=B,求,求a,b,c,d 解解 根据矩阵相等的定义,根据矩阵相等的定义,可得方程组可得方程组 解得解得a=5,b=2,c=2,d=-1,即当即当a=5,b=2,c=2,d=-1时时A=B 应当注意的是:矩阵与行列式是两个不同应当注意的是:矩阵与行列式是两个不同的概念,行列式是一个算式,
15、计算结果是一个的概念,行列式是一个算式,计算结果是一个数,而矩阵是有数构成的一个数表;记法也不数,而矩阵是有数构成的一个数表;记法也不同,行列式用的是两条竖线,而矩阵用的是一对同,行列式用的是两条竖线,而矩阵用的是一对圆括号或中括号圆括号或中括号 显然,两个显然,两个m行行n列的矩阵相加(减)得到的列的矩阵相加(减)得到的和(差)仍是一个和(差)仍是一个m行行n列的矩阵应注意,只有当列的矩阵应注意,只有当两个矩阵的行数与列数分别相同时,它们才能作加两个矩阵的行数与列数分别相同时,它们才能作加减运算减运算容易验证,矩阵的加法运算满足以下规律:容易验证,矩阵的加法运算满足以下规律:()交换律:()
16、交换律:A+B=B+A;()结合律:()结合律:(A+B)+C=A+(B+C)二二、矩阵的加法和减法、矩阵的加法和减法例例 已知已知 求求A+AT和和A-AT 定义定义 一个数一个数k与一个与一个m行行n列矩阵相乘,它们的乘积列矩阵相乘,它们的乘积为为kA,并且规定,并且规定Ak=kA例如,设例如,设 三、三、数与矩阵相乘数与矩阵相乘设甲、乙两家公司生产设甲、乙两家公司生产、三种型号的计算三种型号的计算机,月产量(单位:台)为机,月产量(单位:台)为 如果生产这三种型号的计算机的每台的利润(单如果生产这三种型号的计算机的每台的利润(单位:万元位:万元/台)为台)为 四、四、矩阵与矩阵相乘矩阵与
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- 九章线 代数 及其 应用
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