高等代数考研复习矩阵ppt课件.pptx
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1、高等高等代数考研复习代数考研复习2014年8月篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 第二章第二章 矩阵矩阵矩阵是高等代数研究的主要对象之一,也是数矩阵是高等代数研究的主要对象之一,也是数学及许多科学领域中最重要的工具学及许多科学领域中最重要的工具.矩阵问题矩阵问题丰富多彩,技巧性高丰富多彩,技巧性高.在高等代数中扮演着重在高等代数中扮演着重要角色要角色.本章主要复习内容本章主要复习内容:(1)(1)矩阵运算与特殊矩阵矩阵运算与特殊矩阵 (2)(2)初等变换与矩阵初等变换与矩阵的逆的逆 (3)(3)矩阵的秩矩阵的秩 (4)(
2、4)分块矩阵及应用分块矩阵及应用篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统1.1.矩阵的运算与特殊矩阵矩阵的运算与特殊矩阵(1)(1)矩阵的线性运算矩阵的线性运算 (a)(a)矩阵的加法矩阵的加法 设设 是数域是数域P P上的矩阵,和定义为上的矩阵,和定义为 .(b)(b)数乘矩阵数乘矩阵 设设 ,与与 的乘积的乘积定义为定义为 矩阵加法与数乘称为矩阵的线性运算,且满足运算矩阵加法与数乘称为矩阵的线性运算,且满足运算律律.篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
3、(2)(2)矩阵的乘法矩阵的乘法(a)(a)设设 定义定义 与与 的乘积为:的乘积为:其中,其中,注:注:两个矩阵只有当前面矩阵的列数与后面矩阵的两个矩阵只有当前面矩阵的列数与后面矩阵的行数相等时才能相乘行数相等时才能相乘.满足的运算律有:结合律;分配律;数与乘法的结满足的运算律有:结合律;分配律;数与乘法的结合律即:合律即:但是但是,乘法一般不乘法一般不满足交换律即满足交换律即:有三种原因,你是否知道?有三种原因,你是否知道?(b)(b)方阵的幂及矩阵多项式方阵的幂及矩阵多项式篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 称为矩
4、阵的方幂称为矩阵的方幂.矩阵多项式:设矩阵多项式:设 为为方阵方阵,称,称 为矩阵为矩阵 的多项式。的多项式。对任意的对任意的 都有都有(3)(3)矩阵的转置矩阵的转置 (a)(a)将矩阵将矩阵 的行列互换,所得到的矩的行列互换,所得到的矩阵称为阵称为 的转置。记为的转置。记为 或或 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统(b)(b)转置的性质转置的性质 特别特别 (4)(4)特殊矩阵特殊矩阵 (a)(a)对角矩阵对角矩阵 对角矩阵的和、对角矩阵的和、差、积、方幂为主对角线上元素的和、差、积、方幂差、积、方幂为主对角线上元素
5、的和、差、积、方幂.它的逆为它的逆为篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统(b)(b)对称阵与反对称阵对称阵与反对称阵 若方阵若方阵 满足满足 ,即,即 则称则称A A为对称矩阵为对称矩阵.若方阵若方阵 满足满足 ,即,即 则称则称A A 为反对称矩阵为反对称矩阵.结论结论1 1:任一方阵都可表示为对称矩阵与反对称矩阵:任一方阵都可表示为对称矩阵与反对称矩阵的和即的和即 结论结论2 2:奇数阶反对称矩阵的行列式为零;偶数阶反:奇数阶反对称矩阵的行列式为零;偶数阶反对称矩阵的行列式可能为零也可能非零对称矩阵的行列式可能为零也可
6、能非零.篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统(c)基本矩阵基本矩阵 形如形如 的矩阵称为基本矩阵的矩阵称为基本矩阵.结论结论1 1:任一矩阵都可由基本矩阵线性表出:任一矩阵都可由基本矩阵线性表出.结论结论2 2:与任意矩阵可换的矩阵一定是数量矩阵:与任意矩阵可换的矩阵一定是数量矩阵.证明证明可利用基本矩阵可利用基本矩阵.(d)(d)正交矩阵,幂等矩阵,幂零矩阵,对合矩阵正交矩阵,幂等矩阵,幂零矩阵,对合矩阵 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统(e)(
7、e)可换矩阵可换矩阵 若方阵满足若方阵满足 则称矩阵则称矩阵A A与与B B可换可换.结论结论1 1:与对角阵:与对角阵(主对角元互不相等主对角元互不相等)可换的矩阵可换的矩阵只能是对角矩阵只能是对角矩阵.结论结论2 2:与:与 可换的矩阵只能可换的矩阵只能 是同型的准对角矩阵是同型的准对角矩阵.当当A A与与B B可换时,下面结论成立可换时,下面结论成立.的展开式成立的展开式成立.特别,当特别,当 时,上述公式应用广泛时,上述公式应用广泛.篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统题型分析题型分析:例例1 1 设设 ,求求 .
8、求矩阵的方幂一般有三种方法:求矩阵的方幂一般有三种方法:(1)(1)归纳法,归纳法,(2)(2)可换公式法,可换公式法,(3)(3)相似对角化法相似对角化法.由于矩阵由于矩阵A A是特殊矩阵,所以使用可换公式法简单!是特殊矩阵,所以使用可换公式法简单!例例2 2 设设 为任意多项式,为任意多项式,求出求出 的表达式的表达式.篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统例例3 3 设设A A、B B为为n n阶方阵,且阶方阵,且 证明:证明:分析:证明分析:证明A A、B B可换,联想到可逆定义即可获结论可换,联想到可逆定义即可获结
9、论.例例4 4 设设 求所有与求所有与A A可换的矩阵可换的矩阵.提示:先化简,后计算提示:先化简,后计算.例例5 5 设设 均为均为n n阶方阵,其中阶方阵,其中 的元素均为的元素均为1 1,证,证明方程明方程 仅有零解仅有零解.注意注意:这种元素均为:这种元素均为1 1的矩阵有特殊性质的矩阵有特殊性质 ,以以后还会遇到!后还会遇到!篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.2.初等变换与矩阵的逆初等变换与矩阵的逆(1)(1)初等变换初等变换 (a)(a)交换矩阵的两行交换矩阵的两行(列列).).(b)(b)矩阵的某一行矩
10、阵的某一行(列列)同乘一个非零数同乘一个非零数.(c)(c)矩阵的某一行矩阵的某一行(列列)的常数倍加到另一行的常数倍加到另一行(列列).).(2)(2)初等矩阵初等矩阵 对单位矩阵对单位矩阵 作一次初等变换得到的矩阵称为初作一次初等变换得到的矩阵称为初等矩阵等矩阵.初等矩阵有三种形式:初等矩阵有三种形式:篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统结论结论1 1:初等矩阵都是可逆的,且:初等矩阵都是可逆的,且结论结论2 2 (变换与矩阵乘积的关系变换与矩阵乘积的关系)在矩阵在矩阵A A的左的左(右右)侧侧乘初等矩阵,相当于对矩阵
11、乘初等矩阵,相当于对矩阵A A作一次相应的行作一次相应的行(列列)初初等变换等变换.(3)(3)矩阵的等价矩阵的等价 对矩阵对矩阵A A做初等变换得到矩阵做初等变换得到矩阵B B,则称矩阵,则称矩阵A A与矩阵与矩阵B B等价等价.篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 若若 则矩阵则矩阵 与矩阵与矩阵 等价,称为等价,称为 的等价标准形的等价标准形.即存在可逆矩即存在可逆矩阵阵 使使 结论结论1 1:等价标准形在处理矩阵问题中有重要应用!篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系
12、统是一种得分类型的系统 结论结论2 2:可逆矩阵的等价标准形是:可逆矩阵的等价标准形是 结论结论3 3:矩阵:矩阵A A与与B B等价的充要条件是等价的充要条件是(4)(4)逆矩阵逆矩阵 (a)(a)逆矩阵的定义逆矩阵的定义 对于对于方阵方阵 如果存在如果存在方阵方阵 使得使得 则称则称矩阵矩阵 可逆,可逆,为为 的逆矩阵,记为的逆矩阵,记为 (b)(b)逆矩阵的性质逆矩阵的性质 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统(c)(c)伴随矩阵及相关公式伴随矩阵及相关公式 设设 称称 为为A A的伴随矩阵,下的伴随矩阵,下面公式成
13、立:面公式成立:(d)(d)矩阵可逆的判别条件矩阵可逆的判别条件 矩阵矩阵 可逆的充分必要条件为:可逆的充分必要条件为:也有等价条件也有等价条件(e)(e)求逆矩阵的方法求逆矩阵的方法篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统伴随矩阵法:伴随矩阵法:此法仅限于二阶矩阵此法仅限于二阶矩阵.初等变换法:初等变换法:题型解析题型解析:(a):(a)与逆矩阵定义及性质相关问题与逆矩阵定义及性质相关问题.(b)(b)与伴随矩阵有关问题与伴随矩阵有关问题.(c c)矩阵方程解法)矩阵方程解法.篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来
14、决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 证明证明A A 可逆,并求可逆,并求 方法一:初等变换法方法一:初等变换法.方法二:利用矩阵的特殊性及运算性质方法二:利用矩阵的特殊性及运算性质.例例2 2 设设A A为为n n阶方阵阶方阵,若若 可逆且可逆且求证求证:(1):(1)(2)(2)例例3 3 设设A A 满足满足 证明:证明:与与 可逆,可逆,并求逆并求逆.例1 设篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统例例4 4 已知已知 均可逆,证明:均可逆,证明:可逆,并可逆,并求逆求逆.例例5 5 已知已知
15、可逆,证明:可逆,证明:可逆,且可逆,且 这是一个较难的问题,可以灵活地从几个方面去考虑:这是一个较难的问题,可以灵活地从几个方面去考虑:(a)(a)利用逆的定义利用逆的定义 (b)(b)利用反证法,构造齐次方程组利用反证法,构造齐次方程组(c)(c)利用增补项方法构造利用增补项方法构造 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统下面问题与伴随矩阵有关,四个结论是重要的下面问题与伴随矩阵有关,四个结论是重要的.(a)(b)(a)(b)(c)(d)(c)(d)要求会证明四个公式,清楚他们的联系要求会证明四个公式,清楚他们的联系.篮
16、球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 且且 求矩阵求矩阵 例例2 2 已知已知A A为为3 3阶非零方阵,且阶非零方阵,且 证明,证明,A A可逆,可逆,并求并求 例例1 1 已知已知A A的伴随矩阵的伴随矩阵 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统例例3 3 设设n n阶矩阵阶矩阵A A满足满足又矩阵又矩阵其中其中为为A A中元素的代数余子式,证明中元素的代数余子式,证明例例4 4 证明:与任意证明:与任意n n阶可逆矩阵可交换的矩阵阶可逆矩阵可交换的矩
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