线性方程组和矩阵
线性方程组的解法与矩阵的秩
线性方程组的解法与矩阵的秩线性方程组是数学中常见的问题,研究线性方程组的解法有助于我
们理解和解决复杂的线性关系。而矩阵的秩是评估矩阵性质与解决方
程组的重要指标之一。本文将介绍线性方程组的几种解法,并深入探
讨矩阵的秩对于解方程组的作用。
一、高斯消元法
高斯消元法是求解线性方程组的传统方法之一。通过初等行变换将
线性方程组转化为简化的行阶梯形式,再倒推得到未知数的特定解。
根据高斯消元法的步骤,我们可以将线性方程组的解逐步求得。
二、矩阵的秩
在讨论矩阵的秩之前,先介绍一下矩阵的概念。矩阵是由数按照一
定规则排列组成的矩形阵列。在矩阵中,行和列是基本的组成单位。
而矩阵的秩是指线性无关的行(列)的最大数目。
矩阵的秩与线性方程组之间有重要的联系。当我们将线性方程组写
成矩阵形式Ax=b时,如果矩阵A的秩与方程组的未知数个数相等,
那么该方程组有唯一解。当矩阵A的秩小于未知数个数,方程组无解;当矩阵A的秩等于未知数个数,方程组有无穷多个解。
三、矩阵的初等行变换
矩阵的初等行变换是指通过三种基本操作改变矩阵的行,从而得到
一个新的矩阵的过程。这三种基本操作分别是:交换两行,其中一行
乘以一个非零数后加到另一行,以及一行乘以一个非零数。通过这些
基本操作,我们可以将矩阵转化为行阶梯形式,便于求解线性方程组。
四、矩阵的秩与线性无关
矩阵的秩与线性无关性质有密切关系。对于一个矩阵,其行(列)
向量组中的各向量之间的线性关系与矩阵的秩有直接联系。当矩阵的
秩等于向量个数时,它们是线性无关的;当矩阵的秩小于向量个数时,它们是线性相关的。通过判断矩阵的秩,我们可以得知向量组的线性
线性方程组与矩阵
线性方程组与矩阵
线性方程组和矩阵是线性代数中重要的概念和工具,在数学和工程领域都有广泛的应用。本文将介绍线性方程组和矩阵的基本定义、解法和应用。
一、线性方程组
线性方程组是由一组线性方程构成的方程组,其中每个方程都是由未知数的线性项和常数项构成。一般地,一个包含n个未知数的线性方程组可以表示为:
a11*x1 + a12*x2 + a13*x3 + ... + a1n*xn = b1
a21*x1 + a22*x2 + a23*x3 + ... + a2n*xn = b2
a31*x1 + a32*x2 + a33*x3 + ... + a3n*xn = b3
.
.
.
an1*x1 + an2*x2 + an3*x3 + ... + ann*xn = bn
其中,a11, a12, ..., ann是系数矩阵的元素,x1, x2, ..., xn是未知数,b1, b2, ..., bn是常数项。这个方程组可以用矩阵和向量的形式更简洁地表示为Ax=b,其中A是系数矩阵,x和b分别是未知数和常数项的向量。
二、矩阵
矩阵是线性代数中的基本工具,是由m行n列的数按一定规律排列的数表。一个常见的表示形式是使用方括号将元素括起来,并按行或列排列。例如:
A = [a11 a12 a13
a21 a22 a23
a31 a32 a33]
其中, A是一个3行3列的矩阵,a11、a12等是矩阵的元素。
矩阵可以进行加法、乘法和数乘等运算,符合相应的运算规则和性质。矩阵的乘法特别有用,可以用于表示线性方程组的系数矩阵与未知数向量之间的关系。
线性代数知识点归纳与梳理
线性代数知识点归纳与梳理
线性代数是现代数学的一个重要分支,不仅是数学领域中的基础性学科,也是物理学、计算机科学、经济学、工程学等多个领域的重要应用基础。在计算机科学领域中,线性代数是机器学习、计算机图形学、计算机视觉等多个领域必不可少的数学工具。本文将介绍线性代数的重要知识点,并对其进行归纳与梳理。
1. 线性方程组
线性方程组是线性代数研究的一个基础问题。线性方程组可以表示为Ax = b的形式,其中A是一个矩阵,x和b是向量。
解线性方程组即求出x的值,这对于很多实际问题来说是十分重要的。常见的解法有高斯消元法、LU分解法和QR分解法等。
2. 矩阵和向量空间
矩阵是线性代数中的一个基础概念,具有加法、数乘、转置、乘积等运算。矩阵可以用来表示线性变换和向量的坐标,因此在物理学、计算机图形学、计算机视觉等领域中得到了广泛的应用。向量空间则是由向量和它们之间的运算构成的一个集合,其具有一些基本性质,如加法结合律、数乘结合律等。
3. 特征值与特征向量
某些重要的线性变换具有特殊的性质,即它们在某个向量上的
作用相当于对该向量进行数乘。对于某个向量空间中的线性变换A,如果存在一个实数λ和非零向量v,使得Av = λv,则
称该向量v为矩阵A的特征向量,λ为特征值。特征值和特征
向量是线性代数中重要的概念,在很多数学及工程应用中都有广泛的应用。
4. 行列式
行列式是线性代数中的一个基础概念,用于表示一个方阵中各元素按照一定规律排列的乘积之和。行列式可以用来求解线性方程组的解、判断矩阵的秩以及计算线性变换的缩放因子等。行列式是线性代数中必须掌握的基础知识。
数学教案应用矩阵解决线性方程组
数学教案应用矩阵解决线性方程组教案:应用矩阵解决线性方程组
引言:
本教案旨在教授学生如何使用矩阵的方法解决线性方程组。线性方程组是数学中常见的问题,矩阵作为一种有效的工具,可以简化求解过程,提高计算的效率。通过学习本教案,学生将能够了解线性方程组的基本概念、矩阵的运算方法,并能够熟练地应用矩阵解决线性方程组的问题。
一、线性方程组的基本概念
1.1 线性方程组的定义及示例
- 讲解什么是线性方程组及其基本形式
- 通过示例引出解线性方程组的必要条件
二、矩阵的基本概念和运算
2.1 矩阵的定义及示例
- 介绍矩阵的基本概念
- 通过示例引出矩阵的行、列、元素等概念
2.2 矩阵的加法和减法
- 讲解矩阵的加法和减法的定义和运算法则
- 通过示例演示矩阵的加法和减法运算
2.3 矩阵的数乘和乘法
- 介绍矩阵的数乘和乘法的定义和运算法则
- 通过示例演示矩阵的数乘和乘法运算
三、矩阵表示线性方程组
3.1 矩阵的行向量和列向量
- 讲解矩阵的行向量和列向量的定义和性质
- 通过示例说明矩阵的行向量和列向量在线性方程组中的应用3.2 线性方程组的矩阵表示
- 介绍线性方程组和矩阵之间的对应关系
- 通过示例将线性方程组转化为矩阵的形式
四、使用矩阵解决线性方程组
4.1 矩阵方程的化简
- 讲解如何使用矩阵的运算简化线性方程组
- 通过示例演示如何将线性方程组转化为矩阵方程
4.2 矩阵方程的求解
- 介绍如何使用矩阵的逆矩阵求解矩阵方程
- 通过示例演示如何求解矩阵方程得到线性方程组的解
五、应用矩阵解决实际问题
5.1 将实际问题转化为线性方程组
线性方程组与矩阵的秩
线性方程组与矩阵的秩
线性方程组是数学领域中的一个重要概念,与之密切相关的是矩阵
的秩。本文将介绍线性方程组和矩阵的基本概念、性质及其在实际问
题中的应用。
一、线性方程组的定义及性质
线性方程组是由若干个线性方程组成的方程组,一般表示为:
a₁₁x₁ + a₁₂x₂ + ... + a₁ₙxₙ = b₁
a₂₁x₁ + a₂₂x₂ + ... + a₂ₙxₙ = b₂
...
aₙ₁x₁ + aₙ₂x₂ + ... + aₙₙxₙ = bₙ
其中,aᵢₙ为系数,xₙ为未知数,bᵢ为常数,m为方程组的数量,
n为未知数的数量。
线性方程组的性质包括可解性和解的唯一性。对于一个线性方程组,当其中的方程数量与未知数数量相等,并且方程组的系数矩阵满秩时,方程组可解且解唯一;当方程数量大于未知数数量时,方程组可能无解;当方程数量小于未知数数量时,方程组可能有无穷多解。
二、矩阵的定义及性质
矩阵是一个按照行和列排列的数表,用来表示线性方程组的系数。
一个m×n的矩阵A可表示为:
A = [a₁₁ a₁₂ ... a₁ₙ
a₂₁ a₂₂ ... a₂ₙ
...
aₙ₁ aₙ₂ ... aₙₙ]
矩阵的基本性质包括矩阵的加法、数乘和乘法运算。两个矩阵的加法定义为矩阵对应元素相加,数乘定义为矩阵的每个元素乘以一个常数。矩阵的乘法定义为矩阵的行与列的线性组合。
矩阵的秩是矩阵的一个重要概念,表示矩阵中非零行的最大线性无关组的元素个数。通常用r(A)表示矩阵A的秩。矩阵的秩具有以下性质:
1. r(A) ≤ min(m, n),即矩阵的秩不会超过矩阵的行数和列数的最小值。
矩阵与线性方程组的关系
矩阵与线性方程组的关系
在线性代数中,矩阵和线性方程组是两个重要的概念。矩阵是一个具有矩形排列的数的集合,而线性方程组是一组方程,其中的每个方程都是关于未知数的线性表达式。本文将探讨矩阵与线性方程组之间的关系及其应用。
一、矩阵的定义与基本操作
矩阵是由数域上的元素按照一定规律排列而成的矩形阵列。一个矩阵通常用大写字母表示,例如A。矩阵的行数和列数分别表示为m和n,可以记作A(m*n)。矩阵中的每个元素用小写字母表示,并由其所在的行号和列号来指定。例如A(i,j)表示矩阵A中位于第i行第j列的元素。
矩阵有一些基本的运算和操作,例如矩阵加法、矩阵数乘、矩阵乘法等。矩阵加法的定义是,对于同型矩阵A和B,它们的和定义为相应位置元素相加得到的矩阵。矩阵数乘的定义是,对于任意矩阵A和标量k,它们的乘积定义为将矩阵A的每个元素乘以标量k得到的矩阵。矩阵乘法的定义是,对于矩阵A(m*p)和B(p*n),它们的乘积AB 定义为矩阵C(m*n),其中C(i,j)等于A的第i行和B的第j列对应元素的乘积之和。
二、线性方程组的定义与解法
线性方程组是一个或多个关于未知数的线性方程组成的集合。一个
线性方程组通常用大括号包围,并用系数矩阵和常数向量来表示。例如,以下是一个包含三个方程和三个未知数的线性方程组:{a11x1 + a12x2 + a13x3 = b1
a21x1 + a22x2 + a23x3 = b2
a31x1 + a32x2 + a33x3 = b3
要解线性方程组,可以使用矩阵的逆运算或高斯消元法等方法。其中,矩阵的逆运算是通过求解逆矩阵来得到线性方程组的解。逆矩阵
大学数学:线性方程组与矩阵的转换知识点+练习
大学数学:线性方程组与矩阵的转换知识
点+练习
知识点
1. 线性方程组的定义:线性方程组由若干个线性方程组成,每个方程都是关于未知量的一次方程。
2. 线性方程组的解法:
- 列主元消去法:根据系数矩阵的列主元素,通过行变换将线性方程组转化为简化行阶梯形式,从而求解未知量。
- 矩阵求逆法:根据系数矩阵的逆矩阵,将线性方程组转化为矩阵方程,然后通过求解矩阵方程得到解。
- 克拉默法则:利用克拉默法则求解线性方程组,需要先计算系数矩阵的行列式,然后通过求解若干个代数余子式得到解。
3. 线性方程组的解的性质:
- 唯一解:当线性方程组有且仅有一个解时,称为唯一解。
- 无解:当线性方程组无解时,称为无解。
- 无穷多解:当线性方程组有无穷多个解时,称为无穷多解。
练题
1. 求解以下线性方程组:
2x + 3y = 7
5x - 4y = 3
2. 求解以下线性方程组:
3x + 2y - z = 6
2x - 2y + 4z = 2
x + y - 2z = 0
答案与解析
1. 答案与解析:
将线性方程组转化为矩阵方程:[2 3 | 7]
[5 -4| 3]
通过矩阵求逆法求解:
[2 3 | 7] [1 -1 | -5/22]
[5 -4| 3] -> [5/22 -2/22 | 3/22] 得到解:x = -5/22, y = 3/22
解析:通过求解系数矩阵的逆矩阵,可以得到线性方程组的解。在此例中,解为唯一解。
2. 答案与解析:
将线性方程组转化为矩阵方程:
[3 2 -1 | 6]
[2 -2 4 | 2]
[1 1 -2 | 0]
线性代数第一章线性方程组与矩阵重点
a 或 A
ij
a
ij
mn
.
定义 3 对矩阵的行所作的下述三种变换, 称为矩阵的初等行变换: (1)互换矩阵某两 行的位置; (2)用非零常数乘矩阵某行所有元素; (3)用一个非零常数乘矩阵某行所有元素后 加到另一行对应元素上. 为了书写方便, 我们把第一种变换记为 ri r j , 第二种变换记为 k ri ,第三种变换记为 r j k ri . 若定义中的“行”换成“列” ,即得矩阵的初等 列变换,相应地记为 c i c j , k c i 和 c j k c i . 矩阵的初 等行 变换 和矩 阵的 初等 列变 换统称 为 矩阵的初等变换.
三、矩阵的秩及线性方程组解的判 定
定义 4 矩阵 A 经过初等行变换化为行阶梯形矩阵后, 行阶梯形矩阵中非零行的行数称为矩阵 A 的秩, 记作 R A . 元素全等于 0 的矩阵称为零矩阵,记作 O . 规定零矩阵的秩为 0 .
非齐次线性方程组与齐次线性方程 组解的判定
定理 2 n 个未知量的非齐次线性方程组有解的 充分必要条件是它的系数矩阵 A 与增广矩阵 A 有相同的秩,且当 R A R A n 时方程组 有唯一解,当 R A R A r n 时方程组有 无穷多个解.
高斯消元法的本质就是通过对 方程组进行适当的初等变换,将原 方程组转化为相对简单的阶梯形的 同解方程组,从而比较容易地判断 原方程组是否有解.
21线性方程组与矩阵的定义
a 0
0 a
0 0
或
0 0 a
a 0
0 a
0 0
0 0 a nn
特别,当a=1时,称它为n阶单位矩阵(或n
阶单位阵),简记为 E n 或 I n 。有时也省略
下标n。
1 0 0
E
En
0
1
O0
O 0 0
1
全为1
形如:
a11
0
0
a12 a 22
6 2
2 i 2
是一个3 阶方阵.
2 2 2
(2)只有一行的矩阵
A a 1 ,a 2 , ,a n ,
称为n维行矩阵(或n维行向量).
只有一列的矩阵
a 1
B
a2
,
a n
称为n维列矩阵(或n维列向量). 不全为0
1 0
(3)形如
0
2
0
O 0
0 O0
的方阵,称为对角
a1n a2n
副对角线 am1 am1 amn
矩阵 A的
m , n 元
简记为 A A m n a im j n a i. j
这 m n 个数 A 的 称 ,元 简 为 素 称 . 为元
元素是实数的矩阵称为实矩阵,
元素是复数的矩阵称为复矩阵.
例如
1 0 3 5
第十一章 矩阵与线性方程组
品名
月份
A1
A2
A3
A4
A5
1 203 21 24 36 28
2 156 0 16 68 0
3 224 40 23 50 4
将以上两个表中的实际背景去掉,则抽象出如下数据:
1 2 5 0 203 21 24 36 28
2 3 4 1 , 156
0
16
68
0
4 1 6 0 224 40 23 50 4
(3)( A) ' A'; (4)( AB) ' B ' A'
2 1 0 例7 设A (1, 1, 2), B 1 1 3 验证( AB) ' B ' A'
4 2 1
2 1 0
9
解 因为AB (1, 1, 2) 1
1
3
(9, 2,
1),所以( AB) '
0
a22 L
0
L L L L
0
0
L
ann
的方阵,叫作对角方阵;当a11 a22 L ann 1时,叫作单位矩阵,
记为E,即
1 0 L 0
E
0
1L
0
L L L L
0
0L
1
用Eij表示只有第i行第j列处元素为1, 其余元素全为零的方阵.
矩阵线性方程组的矩阵表示
矩阵线性方程组的矩阵表示矩阵线性方程组是线性代数中的重要概念,它描述了一个或多个线性方程构成的一组方程。而这些方程的关系可以通过矩阵来表示和求解。本文将介绍矩阵线性方程组的矩阵表示,让我们一起来探索吧!
一、矩阵线性方程组的基本形式
矩阵线性方程组的一般形式可以表示为:
A * X = B
其中,A是一个m×n的矩阵,X是一个n×1的未知向量或者称为变量向量,B是一个m×1的已知向量或者称为常数向量。
这个方程组表示了矩阵A与向量X相乘得到向量B的关系。
二、为了方便研究和求解线性方程组,我们可以将A、X、B分别表示为矩阵形式:
⎡a11 a12 ... a1n⎤⎡x1⎤⎡b1⎤
⎢a21 a22 ... a2n⎥⎢x2⎥ = ⎢b2⎥
⎢... ... ... ...⎥⎢...⎥⎢...⎥
⎣am1 am2 ... amn⎦⎣xn⎦⎣bm⎦
其中,A是一个m×n的矩阵,X是一个n×1的列向量,B是一个
m×1的列向量。
通过这种矩阵表示,我们可以利用矩阵运算的性质和方法来求解矩
阵线性方程组,具体方法有高斯消元法、克拉默法则、矩阵的逆等。
三、矩阵线性方程组的求解方法
1. 高斯消元法
高斯消元法是一种常用的求解线性方程组的方法,其基本思想是通
过矩阵的初等行变换将方程组化为阶梯矩阵(行简化阶梯形矩阵),
然后通过回代求解得到方程组的解。
具体步骤如下:
(1)将系数矩阵A与常数向量B合并形成增广矩阵(A|B);
(2)利用初等行变换,将增广矩阵化为阶梯矩阵;
(3)从最后一行开始,依次回代求解未知向量X。
2. 克拉默法则
克拉默法则是一种利用矩阵的行列式性质来求解线性方程组的方法。该方法需要计算每个未知量对应的行列式,然后通过比值得到每个未
矩阵运算与线性方程组的解法
矩阵运算与线性方程组的解法
在数学中,矩阵运算是一种重要的工具,它与线性方程组的解法密切相关。矩
阵可以看作是一个由数字组成的矩形阵列,而矩阵运算则是对这些数字进行加减乘除等操作的过程。线性方程组则是由一系列线性方程组成的方程组,其中每个方程都是关于未知数的线性函数。通过矩阵运算,我们可以有效地解决线性方程组,并得到方程组的解。
首先,我们来介绍一些基本的矩阵运算。矩阵的加法和减法是最简单的运算,
它们的规则与普通的加法和减法类似,只需要对应位置上的数字相加或相减即可。例如,对于两个相同大小的矩阵A和B,它们的加法可以表示为A + B = C,其中
C的每个元素都是A和B对应位置上元素的和。同样地,矩阵的减法也是类似的,只需将对应位置上的元素相减即可。
另一种常见的矩阵运算是矩阵的乘法。矩阵乘法的定义相对复杂一些,需要注
意一些规则。对于两个矩阵A和B,它们的乘法可以表示为A * B = C,其中C的
每个元素都是A的对应行与B的对应列的乘积之和。具体来说,如果A是一个m
行n列的矩阵,B是一个n行p列的矩阵,那么C就是一个m行p列的矩阵。在
进行矩阵乘法时,我们需要确保第一个矩阵的列数与第二个矩阵的行数相等,否则乘法将无法进行。
矩阵乘法的应用非常广泛,特别是在线性方程组的解法中。线性方程组可以用
矩阵的形式表示为Ax = b,其中A是一个m行n列的矩阵,x是一个n行1列的列向量,b是一个m行1列的列向量。如果我们已知A和b,那么我们可以通过求解
x来得到线性方程组的解。这就涉及到了矩阵的逆和矩阵的转置。
线性代数-线性方程组与矩阵PPT课件
A
B
a21
b21
am1
bm1
a12 b12 a22 b22
am2 bm2
a1n b1n
a2n
b2n
.
amn
bmn
矩阵的加法满足如下的运算规律: 设 A, B, C 是任意三个 m n 矩阵,则
1 交换律: A B B A;
2 结合律: (A B) C A (B C) ;
注意: (1) 矩阵乘法不满足交换律,即在一般情况下, AB BA . (2) 尽管矩阵 A 与 B 满足 AB O ,但是得不出 A O 或 B O 的结论.
三、矩阵的乘法
矩阵乘法满足下列运算规律(假设运算都是可行的):
第1章 线性方程组与矩阵 17
1
结合律: ( AB)C=A(BC) ;
一般地,常用英文大写字母 A, B, 或字母, , , 表示矩阵.
一、矩阵的定义
第1章 线性方程组与矩阵 6
元素是实数的矩阵称为实矩阵, 元素是复数的矩阵 称为复矩阵. 本书除特别指明外,都是指实矩阵.
01 11的矩阵 A a 就记为 A a .
OPTION
02 OPTION 1 n 的矩阵 a1, a2, , an 称为行矩阵,也称为 n 维行向量.
ann
元素 aii i 1, 2, , n所在的位置称为 n 阶方阵的主对角线.
(整理)矩阵与线性方程组
第一章矩陣與線性方程組
1-1 矩陣的意義
定義:數學上,一個m×n矩陣乃一m列n行的矩形陣列。矩陣由數組成,或更一般的,由某環中元素組成。【例】以下是一個 4 ×3 矩陣:
某矩陣A的第i列第j行,或i,j位,通常記為A[i,j] 或A i,j。在上述例子中A[2,3]=7。
1-2 矩陣之基本運算
精品文档
精品文档
定義:矩陣相加減
[]
[]
[]
[]
n
m n
m n
m n
m B A C ⨯⨯⨯⨯+=+=⇒+=ij
ij ij
ij
ij
b a b a c
[]
[]
[]
[]
n
m n
m n
m n
m B A D ⨯⨯⨯⨯-=-=⇒-=ij
ij ij
ij
ij
b a b a d
【例】
⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-=307215A 及 ⎥⎥
⎦⎤⎢⎢⎣⎡--=350701B 【解】
⎥⎥
⎦⎤⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-=657914350701307215C
⎥⎥
⎦⎤⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡---⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-=057516350701307215D 定義:矩陣相乘
精品文档
矩陣
[]
n
m A ⨯=ij
a 及
[]
p
n E ⨯=ij
e ,
[]
p
m AE F ⨯==ij
f ,為一個階數等於p m ⨯之矩陣,且
∑==+++=n
k kj
ik nj in j i j i 1
2211e a e a e a e a f ij
【例】
⎥⎥⎦⎤
⎢⎢⎣⎡-=307215A , ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=349102E , ⎥
⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=542300011G 若AE F =與AG H =,則
()()()()()()⎥⎥
线性代数第二章矩阵及其运算
2. 两个矩阵 A (aij ) 与 B (bij )为同型矩阵,并且对应元 素相等,即 aij bij (i 1, 2,L , m; j 1, 2,L , n) 则称矩阵 A 与 B 相等,记作 A = B .
0 0 0 0
例如
0
0
0 0
0 0
0
0
0 0 0 0.
0 0 0 0
注意:不同型的零矩阵是不相等的.
a11 a12 L a1n
a21 a22 L a2n
MM
M
am1 am2 L amn
二、矩阵(Matrix)的定义
由 m×n 个数 aij (i 1, 2,L , m排; j成的1, 2m,L行, nn) 列的数表
a11 a12 L a1n
a21 a22 L a2n
MM
M
am1 am2 L amn 称为 m 行 n 列矩阵,简称 m×n 矩阵. 记作
y, y.
y
P1( x1 , y1 )
以原点为中心逆时针
旋转 角的旋转变换
P(x, y)
0
x
小结
1.矩阵的定义 行(列)矩阵
单位矩阵
零矩阵
2.特殊矩阵
对角矩阵
三角矩阵 对称矩阵 反对称矩阵
3.同型矩阵,矩阵相等
4.矩阵与线性变换
§2 矩阵的运算
利用矩阵运算解决线性方程组问题的技巧
利用矩阵运算解决线性方程组问题的技巧
线性方程组是数学中的一个重要概念,它表示一组包含线性关系的
方程集合。解决线性方程组问题,可以运用矩阵运算的技巧。本文将
介绍如何利用矩阵运算解决线性方程组问题,并提供一些实用的技巧。
1. 线性方程组的矩阵表示
在解决线性方程组问题之前,我们首先需要将线性方程组转化为
矩阵形式。假设有一个包含m个方程和n个未知数的线性方程组,可
以表示为:
A * X = B
其中A是一个m×n的矩阵,X是一个n×1的未知向量,B是一个
m×1的常数向量。
2. 矩阵的基本运算
在解决线性方程组问题时,我们需要进行一些基本的矩阵运算。
下面是一些常用的矩阵运算技巧:
2.1 矩阵加法和减法:对应元素相加和相减。
2.2 矩阵乘法:矩阵乘法满足结合律,但不满足交换律。
2.3 矩阵转置:将矩阵的行和列互换得到的新矩阵。
2.4 矩阵求逆:对于可逆矩阵A,存在一个矩阵A的逆矩阵A^-1,使得A * A^-1 = A^-1 * A = I,其中I是单位矩阵。
2.5 矩阵行列式:矩阵的行列式对于判断矩阵是否可逆很有用。
3. 利用矩阵运算解决线性方程组
利用矩阵运算可以很方便地解决线性方程组问题。下面是解决线性方程组的一般步骤:
3.1 根据线性方程组的系数构造矩阵A和常数向量B。
3.2 求解矩阵A的逆矩阵A^-1。
3.3 将方程组转化为矩阵形式:A * X = B。
3.4 通过矩阵乘法,计算未知向量X的值:X = A^-1 * B。
4. 解决线性方程组问题的技巧
除了使用基本的矩阵运算,还有一些技巧可以在解决线性方程组问题中发挥作用:
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电路的转移矩阵分别为
1 0
R1 1
和
1 1 R2
10 .
• i1
v1
•
R1
串联电路
i2 • i2
v2
•
梯形网络
R2
并联电路
i3 •
v3
•
4、线性方程组
a11 x1 a12 x2 L a1n xn b1
a21 x1 a22 x2 L LLLLLLL
USB 扩展版 ( 图1.2 ) 中有输入和输出终端的电路.
用
v1 i1
记录输入电
压和
输入电流
(
电压
v
以V
为单位,
电流
i
以
A
为单位)
,
用
v2 i2
记录
输出
电压和输出电流.
. i1 . 输入终端v1
电路
i2
.
输出终端 v2 .
源自文库
若
v2 i2
A
v1 i1
对于这个四端网络我们称矩阵 A
为转移矩阵.
下图给出了一个梯形网络 . 左边的电路称为串联电路, 电阻为 R1 ( 单位:) ;右边的电路是并联电路,电阻为 R2 .
当常数项 b1 , b2 , , bm 不全为零时 , 线性方程组 (1) 叫做 n 元非齐次线性方程组 , 当b1 , b2 , , bm 全为零时 , (1) 式成为
a11x1 a12 x2 a1n xn 0,
a21x1 a22 x2 a2n xn 0,
(2)
am1 x1 am2 x2 amn xn 0,
本次课(§1~ §2 )的要点
一、内容
1、矩阵是一张数表.
2、矩阵与线性变换的一一对应 .
3、矩阵的线性运算
① ②
加法 数乘
: :
对应元素相加. 每个元素倍乘 .
4、矩阵的乘法 (重点)
① 可乘条件 : 左列 = 右行
② 乘法的要领.
5、矩阵乘法的三大特征
① 无交换律 ; AB?= BA
当 AB 有意义时 , BA 不一定有意义.
到站
为了便于计算,把表中的
广州 青岛 成都 拉萨
改成1,空白地方填上 0(变 定性为定量)就得到一个数
广州 0
发站 青岛
1
1 0
1 1
0 0
表:
这个数表反映 了四城市间交
成都 1 0 0 1
通联接情况.
拉萨
0
1
0
0
3、 电路是电子元件的神经系统 . 参数的计算是电路
设计的重要环节. 其依据来自两个方面,一是客观需要, 二是物理定律.
对于未知数的个数与方程的个数相等的齐次线性 方程组 , 这里先将一个结论告知大家 , 等到后面我们 会进一步地详细说(证)明 .
系数行列式 D 不等于 0 时 ,齐次线性方程只有零解 .
系数行列式 D 等于 0 时 ,齐次线性方程有非零解 .
以上两条结论均是充分且必要条件.
二、矩阵概念的引入
1、某班级同学早餐情况
姓名 周月驰 张曼羽 陈木扁
馒头 4 0 4
包子 2 0 9
鸡蛋 2 0 8
稀饭 1 0 6
为了方便,常用下面的数表表示
4 2 2 1
0 4
0 9
0 8
0 6
这个数表反映 了学生的早餐 情况.
2、某航空公司在A,B,C, D四城市之间的航线图
青岛
广州
成都
拉萨
为了方便,常用下面的表表示
其中 表示有航班.
11
不存在数 x 和 y 使 x y 1 和 x y 2 同时成立 , 故方程组
②无解 ; 方程组 ③ : 设 s 为任一数 , 那么 x1 x2 s 是 ③ 的解 , 从而方程组③ 有无限多个解.
这样看来 , 对于线性方程组需要讨论以下问题 : (1) 它是否有解? (2) 在有解时它的解是否惟一 ? (3) 如果有多个解, 如何求出它的所有解?
②
AB
O
?
AO ,
or
BO .
③ 无消去律 AB=AC ? B C
6、几个特殊矩阵
① 零矩阵 O (见教材第 26 页) ② 对角矩阵 Λ diag(1, 2, , n ) (见教材第 28 页) ③ 单位矩阵 E (见教材第 28 页) ④ 对称矩阵 A AT (见教材第 37 页)
7、记住伴随矩阵的基本性质 A A AA A E
叫做 n 元齐次线性方程组 .
n 元线性方程组往往简称为线性方程组或方程组.
对于 n 元齐次线性方程组(2) , x1 x2 xn 0
一定是它的解, 这个解叫做齐次线性方程组 (2) 的 零解
如果一组不全为零的数是 (2) 的解 , 则它叫做齐次线性 方程组(2) 的非零解 . 齐次方程组 (2) 一定有零解 , 但不一 定有非零解 .
a21 x1 a22 x2 L LLLLLLL
a2n xn b2 LLLLL
( 1)
am1 x1 am2 x2 L amn xn bm
其中 aij 是第 i 个方程的第 j 个未知数的系数, bi 是
第 i 个方程的常数项, i 1 , 2 , , m ; j 1 , 2 , , n ,
例如
①
x
x
y y
0, 2;
x y 0,
②
x
y
1,
x y 2;
x1 x2 0, ③ 2x1 2x2 0,
3 x1 3x2 0.
就是三个二元线性方程组 , 并且③ 是齐次方程组.
下面讨论这三个方程组的解 . 方程组① : 因其系数行列式
1 D
1 2 0 , 知其有惟一解 x y 1 ; 方程组 ②: 显然
对线性方程组的 研究可转化为对
这张表的研究.
amn
bm
5、田忌赛马的故事大家都很熟悉:说的是田忌和 齐王各有上等、中等、下等马各一匹. 但是田忌 的马在同等级马中略逊一筹 , 双方每次出一匹马 比赛 , 比赛三场定出胜负.
每一场比赛中, 齐王赢加一分, 齐王输减一分. 每场比赛出场的马匹按先后共有六种策略, 即 (上、中、下) , (上、下、中) , (中、上、下) , (中、下、上) , (下、中、上) (下、上、中) 则可写出齐王的得分数表 :
a2n xn b2 LLLLL
am1 x1 am2 x2 L amn xn bm
的解取决于
系数 常数项
aij i, j 1,2,L ,n(m), bi i 1,2,L ,m
线性方程组的系数与常数项按原位置可排为
a11 a12
a21
a22
am1
am 2
a1n b1
a2n
b2
二、难点 矩阵的乘法及其运算律. (教材第 31、33 页)
三、应用 矩阵乘法可表示变量间的线性变换 .
《线性代数》同济六版
第 2 章 矩阵及其运算
第一节 线性方程组和矩阵
课件制作:黄 明
2018年9月
一、线性方程组
设有 n 个未知数 m 个方程的线性方程组
a11 x1 a12 x2 L a1n xn b1