diff --git a/docs/linalg/chapter08.md b/docs/linalg/chapter08.md index 15e194e3..497cbdcb 100644 --- a/docs/linalg/chapter08.md +++ b/docs/linalg/chapter08.md @@ -1,17 +1,20 @@ -# 第八讲:求解$Ax=b$:可解性和解的结构 +# 第八讲:求解Ax=b:可解性和解的结构 -举例,同上一讲:$3 \times 4$矩阵 -$ +举例,同上一讲:$`3 \times 4`$矩阵 + +$$ A= \begin{bmatrix} 1 & 2 & 2 & 2\\ 2 & 4 & 6 & 8\\ 3 & 6 & 8 & 10\\ \end{bmatrix} -$,求$Ax=b$的特解: +$$ -写出其增广矩阵(augmented matrix)$\left[\begin{array}{c|c}A & b\end{array}\right]$: +,求Ax=b的特解: + +写出其增广矩阵(augmented matrix)$`\left[\begin{array}{c|c}A & b\end{array}\right]`$: $$ \left[ @@ -31,34 +34,34 @@ $$ \right] $$ -显然,有解的必要条件为$b_3-b_2-b_1=0$。 +显然,有解的必要条件为$`b_3-b_2-b_1=0`$。 -讨论$b$满足什么条件才能让方程$Ax=b$有解(solvability condition on b):当且仅当$b$属于$A$的列空间时。另一种描述:如果$A$的各行线性组合得到$0$行,则$b$端分量做同样的线性组合,结果也为$0$时,方程才有解。 +讨论$b$满足什么条件才能让方程$`Ax=b`$有解(solvability condition on b):当且仅当$`b`$属于$`A`$的列空间时。另一种描述:如果$`A`$的各行线性组合得到$`0`$行,则$b$端分量做同样的线性组合,结果也为$`0`$时,方程才有解。 -解法:令所有自由变量取$0$,则有$ +解法:令所有自由变量取$`0`$,则有$` \Big\lbrace \begin{eqnarray*} x_1 & + & 2x_3 & = & 1 \\ & & 2x_3 & = & 3 \\ \end{eqnarray*} -$ +`$ ,解得 -$ +$` \Big\lbrace \begin{eqnarray*} x_1 & = & -2 \\ x_3 & = & \frac{3}{2} \\ \end{eqnarray*} -$ -,代入$Ax=b$求得特解 -$ +`$ +,代入$`Ax=b`$求得特解 +$` x_p= \begin{bmatrix} -2 \\ 0 \\ \frac{3}{2} \\ 0 \end{bmatrix} -$。 +`$。 -令$Ax=b$成立的所有解: +令$`Ax=b`$成立的所有解: $$ \Big\lbrace @@ -72,8 +75,8 @@ A & x_n & = & 0 \\ A(x_p+x_n)=b $$ -即$Ax=b$的解集为其特解加上零空间,对本例有: -$ +即$`Ax=b`$的解集为其特解加上零空间,对本例有: +$` x_{complete}= \begin{bmatrix} -2 \\ 0 \\ \frac{3}{2} \\ 0 @@ -82,12 +85,12 @@ x_{complete}= c_1\begin{bmatrix}-2\\1\\0\\0\\\end{bmatrix} + c_2\begin{bmatrix}2\\0\\-2\\1\\\end{bmatrix} -$ +`$ -对于$m \times n$矩阵$A$,有矩阵$A$的秩$r \leq min(m, n)$ +对于$`m \times n`$矩阵$`A`$,有矩阵$`A`$的秩$`r \leq min(m, n)`$ -列满秩$r=n$情况: -$ +列满秩$`r=n`$情况: +$` A= \begin{bmatrix} 1 & 3 \\ @@ -95,29 +98,41 @@ A= 6 & 1 \\ 5 & 1 \\ \end{bmatrix} -$ -,$rank(A)=2$,要使$Ax=b, b \neq 0$有非零解,$b$必须取$A$中各列的线性组合,此时A的零空间中只有$0$向量。 +`$ +,$`rank(A)=2`$,要使$`Ax=b, b \neq 0`$有非零解,$`b`$必须取$`A`$中各列的线性组合,此时A的零空间中只有$`0`$向量。 -行满秩$r=m$情况: -$ +行满秩$`r=m`$情况: +$` A= \begin{bmatrix} 1 & 2 & 6 & 5 \\ 3 & 1 & 1 & 1 \\ \end{bmatrix} -$ -,$rank(A)=2$,$\forall b \in R^m都有x \neq 0的解$,因为此时$A$的列空间为$R^m$,$b \in R^m$恒成立,组成$A$的零空间的自由变量有n-r个。 +`$ +,$`rank(A)=2`$,$`\forall b \in R^m`$都有$`x \neq 0`$的解,因为此时$`A`$的列空间为$`R^m`$,$`b \in R^m`$恒成立,组成$`A`$的零空间的自由变量有n-r个。 -行列满秩情况:$r=m=n$,如 -$ +行列满秩情况:$`r=m=n`$,如 +$` A= \begin{bmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \\ \end{bmatrix} -$ -,则$A$最终可以化简为$R=I$,其零空间只包含$0$向量。 +`$ +,则$`A`$最终可以化简为$`R=I`$,其零空间只包含$`0`$向量。 总结: -$$\begin{array}{c|c|c|c}r=m=n&r=n\lt m&r=m\lt n&r\lt m,r\lt n\\R=I&R=\begin{bmatrix}I\\0\end{bmatrix}&R=\begin{bmatrix}I&F\end{bmatrix}&R=\begin{bmatrix}I&F\\0&0\end{bmatrix}\\1\ solution&0\ or\ 1\ solution&\infty\ solution&0\ or\ \infty\ solution\end{array}$$ +$$\begin{array}{c|c|c|c}r=m=n&r=n\lt m&r=m\lt n&r\lt m,r\lt n\\$$R=I&R=\begin{bmatrix}I\\0\end{bmatrix}&$R=\begin{bmatrix}I&F\end{bmatrix}`$&R=\begin{bmatrix}I&F\\0&0\end{bmatrix}\\1\ solution&0\ or\ 1\ solution&\infty\ solution&0\ or\ \infty\ solution\end{array}$$ + +--- + +$`\begin{array}{c|c|c|c}r=m=n&r=n\lt m&r=m\lt n&r\lt m,r\lt n\\`$ +R=I +& +$`R=\begin{bmatrix}I\\0\end{bmatrix}`$& +$`R=\begin{bmatrix}I&F\end{bmatrix}`$& +$`R=\begin{bmatrix}I&F\\0&0\end{bmatrix}`$\\ +1\ solution & 0\ or\ 1\ solution & \infty\ solution&0\ or\ \ +infty\ solution\end{array}$$ +