1
0
mirror of https://github.com/Didnelpsun/Math.git synced 2026-11-03 21:53:55 +08:00

更新矩阵和向量

This commit is contained in:
Didnelpsun
2021-07-05 23:27:26 +08:00
parent 862e7223d7
commit dc8cb96fac
10 changed files with 1286 additions and 16 deletions

View File

@@ -22,6 +22,8 @@
% 数学公式
\usepackage[colorlinks,linkcolor=black,urlcolor=blue]{hyperref}
% 超链接
\usepackage{rotating}
% 用于旋转对象(旋转包)
\author{Didnelpsun}
\title{矩阵}
\date{}
@@ -142,6 +144,72 @@ $=\left(\begin{array}{ccc}
0 & 0 & 0
\end{array}\right)$
\section{初等变换}
\subsection{可逆矩阵}
若$A$和$B$等价,求一个可逆矩阵$P$,使得$PA=B$。只用右乘$P=BA^{-1}$。
需要根据逻辑上的计算还原出左乘的初等矩阵。\medskip
\textbf{例题:}$A=\left(\begin{array}{ccc}
1 & 0 & 1 \\
-1 & -1 & 1 \\
0 & 2 & -4
\end{array}\right)$,$B=\left(\begin{array}{ccc}
1 & 0 & 1 \\
0 & -1 & 2 \\
0 & 0 & 0
\end{array}\right)$,当$A\thicksim B$时,求$P$使得$PA=B$。.
解:目标是将$A$变为$B$,所以第一步将第一列的第二行的-1变为0。即将第一行加到第二行。
左乘$E_{21}(1)A=\left(\begin{array}{ccc}
1 & 0 & 0 \\
1 & 1 & 0 \\
0 & 0 & 1
\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}
1 & 0 & 1 \\
-1 & -1 & 1 \\
0 & 2 & -4
\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}
1 & 0 & 1 \\
0 & -1 & 2 \\
0 & 2 & -4
\end{array}\right)=C$。\medskip
然后对第二列进行消,首先将第三行加上第二行的两倍。
$E_{32}(2)C=\left(\begin{array}{ccc}
1 & 0 & 0 \\
1 & 1 & 0 \\
0 & 2 & 1
\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}
1 & 0 & 1 \\
0 & -1 & 2 \\
0 & 2 & -4
\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}
1 & 0 & 1 \\
1 & -1 & 2 \\
0 & 0 & 0
\end{array}\right)=B$。\medskip
$\therefore E_{32}(2)E_{21}(1)A=B$。
$P=E_{32}(2)E_{21}(1)=\left(\begin{array}{ccc}
1 & 0 & 0 \\
0 & 1 & 0 \\
0 & 2 & 1
\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}
1 & 0 & 0 \\
1 & 1 & 0 \\
0 & 0 & 1
\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}
1 & 0 & 0 \\
1 & 1 & 0 \\
2 & 2 & 1
\end{array}\right)$。
\section{逆矩阵}
\subsection{定义法}
@@ -170,8 +238,20 @@ $\because A+B=A(E+A^{-1}B)=A(B^{-1}+A^{-1})B$。
$\therefore (A+B)^{-1}=B^{-1}(B^{-1}+A^{-1})^{-1}A^{-1}$。
\subsection{初等变换}
$\left[A\vdots B\right]\overset{r}{\thicksim}\left[E\vdots A^{-1}\right]$,$\left[\begin{array}{c}
A \\
B
\end{array}\right]\overset{c}{\thicksim}\left[\begin{array}{c}
E \\
A^{-1}
\end{array}\right]$。
\subsection{分块矩阵}
基于拉普拉斯展开式。
对于一些分块矩阵的逆,若$A$,$B$都可逆,则:$\left[\begin{array}{cc}
A & O \\
O & B
@@ -184,6 +264,108 @@ $\therefore (A+B)^{-1}=B^{-1}(B^{-1}+A^{-1})^{-1}A^{-1}$。
\end{array}\right]^{-1}=\left[\begin{array}{cc}
O & B^{-1} \\
A^{-1} & O
\end{array}\right]$。
\end{array}\right]$。\medskip
\textbf{例题:}已知$A=\left(\begin{array}{cc}
B & O \\
D & C
\end{array}\right)$,其中$B$为$r\times r$可逆矩阵,$C$为$s\times s$可逆矩阵,求$A^{-1}$。
解:$\because\vert A\vert=\left|\begin{array}{cc}
B & O \\
D & C
\end{array}\right|=\vert B\vert\vert C\vert\neq0$,所以$A$可逆,设$A^{-1}=\left(\begin{array}{cc}
X & Y \\
Z & W
\end{array}\right)$。
$AA^{-1}=\left(\begin{array}{cc}
E_r & O \\
O & E_s
\end{array}\right)=E_{r+s}$。即$\left(\begin{array}{cc}
BX & BY \\
DX+CZ & DY+CW
\end{array}\right)=E_{r+s}$。
$\therefore\left\{\begin{array}{l}
BX=E \\
BY=O \\
DX+CZ=O \\
DY+CW=E
\end{array}\right.$,$\left\{\begin{array}{ll}
B^{-1}BX=B^{-1}, & X=B^{-1}\\
B^{-1}BY=O, & Y=O \\
CZ=-DX=-DB^{-1}, & Z=-C^{-1}DB^{-1} \\
CW=E, & W=C^{-1}
\end{array}\right.$。
$\therefore A^{-1}=\left(\begin{array}{cc}
B^{-1} & O \\
-C^{-1}DB^{-1} & C^{-1}
\end{array}\right)$。\medskip
当分块矩阵为三角矩阵时,对角线为原方块矩阵的逆矩阵,非0的一角为原矩阵,再左乘同行的逆矩阵,右乘同列的逆矩阵。\medskip
$\therefore A=\left(\begin{array}{cc}
B & D \\
O & C
\end{array}\right)$,$A^{-1}=\left(\begin{array}{cc}
B^{-1} & -B^{-1}DC^{-1} \\
O & C^{-1}
\end{array}\right)$。\medskip
当分块矩阵为副对角矩阵时,对角线为对角方块矩阵的逆矩阵,非0的一角为原矩阵,再左乘同行的逆矩阵,右乘同列的逆矩阵。\medskip
$\therefore A=\left(\begin{array}{cc}
O & B \\
C & D
\end{array}\right)$,$A^{-1}=\left(\begin{array}{cc}
-C^{-1}DB^{-1} & C^{-1} \\
B^{-1} & O
\end{array}\right)$。\medskip
$\therefore A=\left(\begin{array}{cc}
D & B \\
C & O
\end{array}\right)$,$A^{-1}=\left(\begin{array}{cc}
O & C^{-1} \\
B^{-1} & -C^{-1}DB^{-1}
\end{array}\right)$。\medskip
$A=\left(\begin{array}{ccc}
A_1 \\
& \ddots \\
& & A_n
\end{array}\right)$,$A^{-1}=\left(\begin{array}{ccc}
A_1^{-1} \\
& \ddots \\
& & A_n^{-1}
\end{array}\right)$。\medskip
$A=\left(\begin{array}{ccc}
& & A_1 \\
& \ddots \\
A_n
\end{array}\right)$,$A^{-1}=\left(\begin{array}{ccc}
& & A_n^{-1} \\
& \begin{turn}{80}$\ddots$\end{turn} \\
A_1^{-1}
\end{array}\right)$。
\section{矩阵方程}
含有未知矩阵的方程就是矩阵方程,需要将方程进行恒等变形,化为$AX=B$、$XA=B$或$AXB=C$的形式。
若$A$、$B$可逆,且可以分别得到$X=A^{-1}B$,$X=BA^{-1}$,$X=A^{-1}CB^{-1}$。
\textbf{例题:}设3阶方阵$A$,$B$满足$A^{-1}BA=6A+BA$,且$A=\left(\begin{array}{ccc}
\dfrac{1}{3} & 0 & 0 \\
0 & \dfrac{1}{4} & 0 \\
0 & 0 & \dfrac{1}{5}
\end{array}\right)$,求$B$。
解:$A^{-1}BA=(6E+B)A$,$A^{-1}B=6E+B$,$A^{-1}B-B=6E$,$(A^{-1}-E)B=6E$。
$\therefore B=6(A^{-1}-E)^{-1}$。
\end{document}

Binary file not shown.

View File

@@ -0,0 +1,44 @@
\documentclass[UTF8, 12pt]{ctexart}
% UTF8编码,ctexart现实中文
\usepackage{color}
% 使用颜色
\usepackage{geometry}
\setcounter{tocdepth}{4}
\setcounter{secnumdepth}{4}
% 设置四级目录与标题
\geometry{papersize={21cm,29.7cm}}
% 默认大小为A4
\geometry{left=3.18cm,right=3.18cm,top=2.54cm,bottom=2.54cm}
% 默认页边距为1英尺与1.25英尺
\usepackage{indentfirst}
\setlength{\parindent}{2.45em}
% 首行缩进2个中文字符
\usepackage{setspace}
\renewcommand{\baselinestretch}{1.5}
% 1.5倍行距
\usepackage{amssymb}
% 因为所以
\usepackage{amsmath}
% 数学公式
\usepackage[colorlinks,linkcolor=black,urlcolor=blue]{hyperref}
% 超链接
\author{Didnelpsun}
\title{向量}
\date{}
\begin{document}
\maketitle
\pagestyle{empty}
\thispagestyle{empty}
\tableofcontents
\thispagestyle{empty}
\newpage
\pagestyle{plain}
\setcounter{page}{1}
\section{线性相关性}
\textbf{例题:}设$A$是$n$阶矩阵,若存在正整数$k$,使得线性方程组$A^kx=0$有解向量$\alpha$,且$A^{k-1}\alpha\neq0$,证明向量组$\alpha,A\alpha,\cdots,A^{k-1}\alpha$线性无关。
证明:
\end{document}