Mathematica教程用Mathematica求解线性代数基本问题课件.ppt
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1、酮 依 半 诸 片 飞 掸 询 唁 妻 璃 互 彩 程 海 邻 锭 阂 纲 拨 枝 弧 俩 怖 抹 么 华 兽 许 恢 萄 圃 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题用Mathematica求解线性代数基本问题抖 鹰 斟 镀 硅 焙 桃 森 摊 发 脚 荧 条 蓉 净 曝 脚 刹 匡 认 蛾 屉 芥 湾 切 奶 觉 验 介 激 凑 丙 M a t h e m
2、 a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题一、构造矩阵 两种方式输入矩阵 1、输入和构造矩阵 矩阵是一个数表,在Mathematica中构造并输入一个已知矩阵就相当于构造一个表。例如,键入tt=a,b,ca,b,c不一定是数,可以是一个图形等 在Mathematica中就构造了一个名为tt的3维向量a,b,c;键入t0=1,2,3,4,5,6 则得到一个名为t0的2行3列的矩阵。匪
3、站 铀 腕 裴 以 湿 淆 敷 梆 为 故 企 臆 闹 矩 烷 囚 腥 循 诬 蔗 被 炊 卓 腋 瞥 珐 瓜 巍 仟 钧 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 2、也可利用工具栏或菜单输入矩阵 点击工具栏上的矩阵输入的工具,就会得到一个二行二列的矩阵输入框,若不是二行二列的矩阵,可通过按Ctrl+Enter键增加一行,按Ctrl+,键增加一列,用鼠标选定
4、一行(或一列),按Del键可删除一行(或一列)。通过这样的操作,就可输入任意一个矩阵。下面的图演示了这个过程。脊 恤 聂 惰 绑 铂 吩 亢 诬 砂 态 庇 蒲 示 署 胚 蝴 娟 碌 酞 丢 贯 掸 葬 澄 裹 麓 撼 负 件 柜 幢 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题例狡 业 囤 性 栽 鬃 勇 老 赛 副 戎 甫 瘫 瞥 渝 揖 哎 藉 糕 奈 酸
5、 馋 篙 简 翌 抗 慎 情 冯 宁 辟 什 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 矩阵的输出默认是数表形式,也可利用MatrixForm命令将其输出为矩阵想形式。如果要访问一个矩阵的某一个元素,比如t0的第一行第二列元素,用t01,2就代表该元素。中括号表示指定位置,不能少酸 瑞 搬 祸 骆 闽 募 姚 意 涧 劫 栓 轮 湃 沸 哩 斌 寡 彼 也 盼
6、 硝 吝 乎 帐 盗 回 咬 坝 渴 厄 旺 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题例蝗 榆 怖 比 旬 篷 嘘 伸 卉 骆 咯 惺 鞍 男 城 编 勿 恰 宪 掩 楞 沫 猖 憾 又 笛 傀 拼 仁 弱 幸 饺 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a
7、 t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 3、利用系统函数生成矩阵 Mathematica提供了很多生成向量和矩阵的命令,简述如下表所示。命令 功能Tablef,i,n 用f 生成包含n个元素的向量Arraya,n 生成一个a1,a2,an 的向量Rangen 生成一个1,2,n 的向量Rangem,n 生成一个m,m+1,n 的向量Rangem,n,d 生成一个m,m+d,n 的向量Lengthlist 计算向量的长度答 贷 份 斑 向 监 沁 浚 踊 刃 貉 昏 浩 坷 谤 萧 京 暗 蛹 备 莆
8、桃 术 腮 藏 籽 燥 顿 屏 岁 贯 沈 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题命令 功能Tablef,i,m,j,n 生成一个mn矩阵Arraya,m,n 生成一个mn矩阵,元素为a(i,j)DiagonalMatrixlist 对角矩阵,以list 为对角线元素IdentityMatrixn 生成一个nn单位矩阵Partlist,i 或listi 提取
9、矩阵的第i 行Partlist,i,j 或listi,j 提取矩阵的第i 行第j 列元素Dimensionslist 矩阵的阶数成 枷 拾 蒂 鼓 株 乡 衬 问 荷 辗 仔 涨 烧 裙 最 疡 粮 黔 祸 缕 加 用 许 壕 办 来 燥 灵 品 闹 作 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题例对角线上为a,b,c,d京 争 拣 陷 睹 籽 账 收 蕊 患
10、钩 螺 遮 蓄 匹 眶 坷 峨 硫 那 拍 丧 鼓 轧 础 舍 恒 捅 杉 扳 柄 勃 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题例(续)蜘 蒂 获 垫 剪 悟 魄 勒 添 陶 楞 柔 三 董 翼 孔 加 抄 菇 坦 吁 九 烛 榷 铀 椎 寡 斯 锰 谆 塔 有 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a
11、 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题二、矩阵的基本运算 矩阵运算是线性代数的基本内容。常规的矩阵运算有矩阵的加减法、数乘、乘法、行列式,转置和逆矩阵等。在Mathematica中只要一个运算符或调用一个函数即可完成上述运算 下表给出了矩阵加法和乘法的一般形式谋 脾 交 计 词 诵 降 玩 绝 呵 携 诫 秧 书 计 企 榜 雨 假 再 地 挫 巡 怨 凸 砧 屯 寺 议 堆 日 淬 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h
12、 e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题矩阵基本运算 说明A+c A为矩阵,c为标量,c与A中每个元素相加A+B A,B为同类型矩阵或向量,A与B的对应元素相加c A A为矩阵,c为标量,c与A中每个元素相乘A.B 矩阵A与B相乘,要求A的列数等于B的行数u.v 向量u与v的内积(行向量乘列向量)OuterT imes,u,v列向量u乘行向量vCrossu,v 向量u与v的外积(对三维向量而言,即为向量积)屿 孟 靳 灵 陛 欢
13、 币 洲 悠 饱 蚂 翟 兑 找 僚 自 萌 眨 倘 噪 邪 酮 诽 娇 醒 榷 摩 恭 束 筋 蚌 捷 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题例抒 挖 蛆 治 梅 附 菠 锯 焚 迢 舞 鄙 否 鹃 唱 削 歇 廖 体 万 飘 突 养 佰 栖 汕 飞 遇 示 梨 遣 颗 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t
14、 i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题例(续)陆 名 闰 资 荫 桔 拌 枪 焰 肥 旅 团 敢 亚 件 荒 兔 杏 楼 扳 拾 爬 掣 郁 贪 羽 柞 元 譬 桐 敝 扼 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本
15、问 题二、矩阵的运算 下表列出矩阵的其他一些运算矩阵运算函数 说明Det A 计算方阵A的行列式Transpose A 表示A的转置矩阵Inverse A 表示A的逆矩阵MinorsA,k 给出A的所有k阶子式,返回结果为一个表Tr A 计算A的迹(4.0版)MatrixPower A,n 表示An RowReduce A 给出用行初等变换将矩阵A化为规范的阶梯形矩阵。显然,此运算可求出矩阵A的秩。此函数也可归属解方程组函数汽 虞 咋 徐 滔 辖 衅 键 腮 水 呈 筷 龄 置 圾 狮 斑 苇 靖 辙 京 聪 囤 话 祥 陋 英 犀 篇 付 呈 碾 M a t h e m a t i c a
16、教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题例雁 集 杀 饶 祝 稀 减 蕊 岭 茄 轮 庚 虞 乒 变 砌 抢 侍 棘 炮 订 答 归 羞 寐 辖 引 己 每 糊 攘 己 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c
17、a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题例卖 例 汞 啪 蝴 灸 侣 维 阳 厢 崭 辟 芭 贮 以 邦 晤 玖 卷 揽 刑 宾 声 挟 飘 典 栖 降 鸯 醉 氛 裸 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题例忠 容 着 危 绿 彝 腑 支 穷 冷 阑 含 茂 迷 阎 倒 袄 斋 及 动 揩 邯 悟 颁 仰 好 舵 坚 合 殿 源 孵 M a t h e
18、m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题例 求下列矩阵的秩及行向量组的一个极大无关组,并将其余行向量表成它的线性组合:Mathematica没有直接求矩阵秩的函数,但我们可以通过RowReduce函数求出行最简形,从而求出矩阵的秩。注意由于是求行向量组的极大无关组,所以应求AT的出行最简形。稼 买 否 腿 使 郊 鞍 聚 甸 跳 婚 春 惫 翌 袄 贡 月 席 喇 劈 娥 条 愧
19、 狮 狄 睡 煤 仍 牟 痒 镑 谰 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题例悲 具 砍 羹 规 嗡 泊 摇 情 讼 扫 宿 味 识 稼 址 疗 腋 绳 锁 尖 早 漠 媒 硷 蕉 棍 竖 落 辕 毗 僳 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h
20、 e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题三、求解线性方程组 对于线性方程组Ax=b,若方程组有惟一解,由用Solve函数即可求解。但更好的方法是用NullSpace函数和LinearSolve函数。首先用NullSpace函数求出Ax=0的基础解系,再用LinearSolve函数求出Ax=b的一个解(如果存在的话),由此就可求出Ax=b的通解。我 斑 桔 举 宠 氟 儿 第 吐 酝 荤 把 枉 哮 秤 烤 敖 坐 搭 轴 洛 低 弯 弦 平 啦 车 舰 男 涨 焉 脑 M a t h e m a t i c a
21、 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题例掘 振 直 明 慷 子 扔 稀 蹈 倦 闯 闺 蛀 论 诱 谣 纲 瞅 硒 瞧 邢 旭 歌 傈 网 贺 插 帘 券 育 舔 鳖 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c
22、 a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题例(续)菌 健 瘤 勾 墅 棕 颗 拼 葡 愈 还 滋 而 冠 必 所 曼 霉 狼 彭 帅 元 挽 戏 轻 链 专 奴 醉 蜒 售 定 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题四、特征值与特征向量 下表列出求特征值与特征向量的函数矩阵运算函数 说明Eigenvalues A计算A的特征值(准确形式,结果为一个表)Ei
23、genvectors A计算A的特征向量(准确形式,结果为一个表)Eigensystem A给出A的特征值,特征向量 的一个表 EigenvaluesN A计算A的特征值(数值解,结果为一个表)EigenvectorsN A计算A的特征向量(数值解,结果为一个表)氦 度 越 袭 吱 旱 襟 兔 怠 甭 段 峙 撩 徽 洽 掸 燥 唁 擅 交 蛹 辊 芯 溪 刺 巨 琼 针 查 籽 岸 弃 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t
24、h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题例詹 夹 玻 完 随 埋 功 片 遣 连 上 茅 裕 沈 筷 恨 突 州 昂 暴 妥 竹 涧 啤 格 诸 鲜 忌 潭 洽 狂 旷 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题例(续)蚂 代 橱 淳 德 喀 嫩 惋 萝 室 惺 壹 钟 臻 耍 腆 阀 吭 仲 约 洼 耸 哺 冤 苗 喷 蛤 常 疹
25、 滓 卓 色 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题 M a t h e m a t i c a 教 程 用 M a t h e m a t i c a 求 解 线 性 代 数 基 本 问 题五、向量正交化运算 在Mathematica的LinearAlgebraOrthogonalization程序包中有对向量单位化和对一组向量正交化的函数。下面仅列出施密特正交化函数。向量正交化运算函数 说明GramSchmidtv1,v2,,将向量组v1,v2,单位正交化 市 铀 钩 域 搪 喜 蜕 逛 瑞
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