线性代数基本定理-新版.pdf

合集下载
相关主题
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
( R2 , R3 中共线)
R3 中,三个向量组线性相关,则它们共面
3 . 1, 2, … ,n 线性相关 AX=0 有非 0 解,当向量个数等
于向量维数时, det(A)=0
4. 向量个数大于向量维数,向量组一定线性相关。 未知量个数大于方程个数)
(相当于
5. 对于一个向量组,局部线性相关则整体相关,整体无关则 局部无关
面既过原点又与某个轴平行,那么它一定通过这个轴 截距式
x yz + + =1
abc
点法式和点向式化为截距式,算截距即可 三点式 一般不用
3. 直线的方程 点向式 m,n,p 哪个为 0,直线就与这个等式里面的哪个变量所对应的 轴垂直(在与那个轴平行的平面上) 。直线的方向余弦就是 方向向量的方向余弦。 参数式 用一个参数就可以确定 x,y,z 三个变量。 用在求直线与平面交 点中比较简单 ,其中 (m,n,p) 就是方向向量! 还可以求过某一点 与另外一条已知直线垂直的直线
x
=
x 0
+
mt
y
=
y 0
+ nt
z = z0 + pt
一般式
用两个平面相交的方程组表示
方程的转化
参数式 =>点向式
t 的系数就是方向向量,加的常数就是定点。
点向式 =>一般式
目的是方便表示过这条直线的平面束。 变成两个方程。加括号变为方程组即可
三个等号, 两两联立,
参数式 =>一般式
参数式先变为点向式,再变为一般式
点向式 =>参数式
令三个比例 =t
一般式 =>点向式
方法 1:任取一满足方程的点,为定点。平面法向量叉乘为
直线方向向量。 方法 2:任取两点,直接求方程
一般式 =>参数式
方法 1:一般式先变为点向式,再变为参数式 方法 2(较简单):对平面方程初等行变换,令自由变量 =t
4. 位置关系和向量关系的转化 平面与平面的位置关系
n3i > j 31
注意:
范德蒙德行列式第一行(列)从 1 开始到 n-1 次方,从上到
下或从左到右升幂
不同底数来说,右边减左边或下边减上边,这就是
i和j的
用处
4. 几种 n 阶行列式的巧算办法:见笔记本
5. 克拉默法则: 解决伴随矩阵问题的好方法。 还要了解行列 式按某行展开, 如果对被展开行的每列来说, 代数余子式
量不超过 k,特征向量的个数为 A 的维数与特征矩阵的秩之
差,为 n-R(l 0 I-A)
4. 如果 a 是 A 在特征值 l 下的特征向量,那么 a 是 f(A) 在特 征值 f( l ) 下的特征向量
5. 某矩阵特征值的和为矩阵的迹,积为矩阵的行列式。 特征值求行列式是一个知识点)因此有了以下命题:
6. 一组向量线性无关,多了一个变成线性相关,则多的哪一 个可以用其他向量线性表示,表示式唯一(解方程时,多 的那个向量系数肯定不是 0)
7. 向量组的任意两个最大无关组都等价(于原向量组)
8. 再求向量组的秩时初等变换线性相关性不变对应着方程 组的解不变
9. 设向量组
可由向量组
线性
表示,且
线性无关,则
3.常被忽略的矩阵运算规则
( A+ B)T = AT + BT
( l A)T = l AT
4.反称矩阵对角线元素全为 0
4.矩阵逆运算的简便运算
( diag( a1 ,a2
,...a, n
)) -
1
=
diag(
1 a1
1 , a2
1 ,...,
an
)
(kA)- 1 = 1 A- 1 k
方法 1. 特殊矩阵的乘法 A .对角矩阵乘以对角矩阵,结果仍为对角矩阵。且:
把 2I 项挪到等式右边,左边凑出含有 A+2I 的一个多项式, 在确保 A 平方项与 A 项的系数分别为原式的系数情况下, 看 I 项多加或少加了几个。
5.矩阵的分块进行计算
加法 :分块方法完全相同 矩阵乘法 (以 A*B 为例): A 的列的分法要与 B 行的分法一 致,如:
é1 - 1 0 0 ùé 1 0 0 0 ù
(给
A 可逆 A 的任何一个特征值不为 0
6. 相似矩阵具有相同的特征多项式, 相同的特征值, 相同的
点到平面的距离
d = Ax0 + By0 + Cz0 + D A2 + B2 + C2
平面与直线的位置关系
直线与平面的夹角 —— 直线平面法向量夹角余弦值的绝对 值就是直线与平面夹角的正弦值 直线与平面相交,平行,过平面 —— 直线的方向向量与平面 法向量内积不为 0 相交,否则如果把直线经过的定点满足平 面方程,则线面平行,否则直线过平面 直线与平面垂直 —— 直线的方向向量与平面法向量平行
det(kA)= k n det(A)
det(AB)=det(A)det(B) 块对角行列式(用拉普拉斯展开定理证明)
Ann O
Ann *
=
= AB
* Bmm
O Bmm
O Ann = *
Ann = ( - 1)mn A B
Bmm *
Bmm O
n
? det( diag( A1 ,A2 ,...An )) = det( Ai ) i =1
五、特征值与特征向量
定理
1. 如果 a i 是 A 在特征值 l 下的几个特征向量,那么 a i 的线
性组合也是 A 在特征值 l 下的一个特征向量 .线性组合组成特
征子空间所以在求特征向量时,一定要有系数
k(多解)
2. 三角矩阵(包括对角矩阵)特征值就是对角线上元素
3.
l
是矩阵
0
A 的 k 重特征值, 则 l 对应的线性无关的特征向 0
若 Am*nBn*t = O,则 R(A)+R(B)<=n (和基础解系有关)
R(A+B)<=R(A)+R(B) (也和定理 9 的不等式有关)
R( AT A )=R(A) (方程的同解 )
12. AX=O 的解向量的线性组合仍为 AX=O 的解向量
方法
一、判断向量组线性相关性:
1. 向量矩阵其次方程的解 2. 至少有一个向量能用其他向量线性表示,
(系数矩阵
K 为 s*r ,必须让方程的个数多一些) 10 .若向量组 I 可由向量组 II 线性表示则 R(I)<=R(II) ,如果 两个向量组等价,则它们的秩相等
11. 方程 AX=b 有解,则 R( A) = R( A)
11. 几个关于秩的四个不等式 R(AB)<=min(R(A),R(B)) (和定理 9 的不等式有关)
2. 一般行列式的计算原则
A.按 0 多的行或者列展开,进行行列式的降阶 B.行列式中一行(列)出现加法的,可变成两个行列式 C.行列式如果某一行(列)有公因子的,可以提出来 其中, B 点最容易被忽略掉! !! 例题:已知 abcd=1
a2
+
1 a2
a11 a
D=
b2
+
1 b2
c2
+
1 c2
1
b
或者如下表示
定理
1. 可由 1, 2, , m线性表示
向量方程 x1 1 x2 2
xm m 有解 .
有一个解 —— 唯一一种表示方法,有无数解 —— 无数表示方 法
2. 向量组等价 —— 其中一个向量组的每一个向量都可以用 另外一个向量组表示 等价具有自反性,传递性,对称性
3. 线性相关与线性无关 1.包含 0 向量或相同向量的任意一个向量组线性相关 2 .两个向量组线性相关的充要条件是分量对应成比例
关,否则线性无关
则向量组线性相
二、判断向量组等价:
A=KB,同时 B=K’A,K 为线性表示的系数矩阵,如果 阵且唯一(线性表示法唯一) ,看 K 是否可逆即可
K 为方
经典题:
1. 向量组 a 1 ,a 2 ,a 3 线性无关 ,问常数 l,m 满足什么条件时 ,
向量组 la 1 +a 2 ,a 2 + a 3 , ma 3 +a 1线性无关.
直线与直线的位置关系
两直线夹角 —— 它们方向向量的夹角 两直线平行(包括重合) —— 方向向量平行。如果不重合, 则可在其中一条直线上任取两点,如果它们不都在或都不在 另一条直线上,呢么两直线不重合 两直线垂直 —— 方向向量垂直 两直线相交 —— 两直线共面,不平行 两直线间距离:先用两直线方向向量做叉乘构造公垂线的方 向向量,然后再把两直线上的定点做连线向刚刚构建的方向
投影:
外积与混合积得几何意义,注意,外积的模才是平行四边形 面积,而混合积的绝对值为平行六面体体积 外积用来构建与两个向量都垂直的向量,即法向量
混合积的记法
,向量共面,混合积为 0,a b c,bc
a, c a b 这三种顺序结果都相同
2.平面的方程
点法式,一般式:
xyz 谁系数为 0,就与哪个轴平行, D=0 平面过原点 ,如果平
1
b
1
Hale Waihona Puke Baidu
c
1
c
d
2
+
1 d2
d
1 d
1
11 a 1 a2 a
1
1
a2 a a 1
11
1
1
b 1 b2 b
b2 b b 1
= abcd
+
11
1
1
c 1 c2 c
c2 c c 1
11 d1
d2 d
1
1
d
1
d2
d
不用计算每一个行列式值为多少 ,观察发现此式正好得 0
3. 范德蒙德行列式
? =
( xi - x j )
线性代数基本定理
一、矩阵的运算
1.不可逆矩阵的运算不满足消去律
AB=O,A 也可以不等于 O
?1 è? - 1
1 ?? 1 - 1 ?֏? - 1
-1 1
? ?÷=
? è?
0 0
0? 0 ?÷
2.矩阵不可交换
( A+ B)2 = A2 + AB+ BA+ B2
( AB)k = ABABABAB...AB
平面与平面平行(包括重合)——
A1 = B1 = C1 A2 B2 C2
A1 = B1 = C1 = D1 如果重合,有: A2 B2 C2 D2
平面与平面相交 —— A1 :B1 :C1 1 A2 : B2 :C2
平面与平面垂直 —— 法向量垂直 平面与平面的夹角余弦(锐二面角) —— 法向量余弦的绝对 值 平面束 —— 过两平面交线的平面方程(如果参数为一个,不 包括参数后面的平面本身)
ê
úê
ú
ê3 - 1 0 0 úê- 1 0 0 0 ú
ê0 1 0 0 úê 0 1 3 - 1 ú
?ê0 0 2 - 1 ?ú?ê 0 2 1 4 ?ú
如红线所示:
左边矩阵列分块在第 2 列与第 3 列之间,那么,右边矩阵分
块在第二行与第三行之间
至于蓝线,如何画,画不画,只画在哪个矩阵里都无所谓, 分块数只决定了最后结果矩阵的行列,并不能决定矩阵是否 能做乘法的原则性问题。
求逆 :
如果 A1 ,A2 ,...,Am均可逆,

,则
反块对角阵也一样,把反对角线上的矩阵求逆。
求转置 :
块转置,每一块里面的也要转置
6. 把普通线性组合式写成矩阵形式
二、行列式的计算
计算一般行列式时需注意: A. 代数余子式的正负 B. 初等变换用等号,行列式的值可能变化
1. 特殊形状行列式 上下三角行列式、反上下三角行列式
乘的是其他行的代数余子式,则展开后值为
0,这样,线
性方程组的求解问题就可以证出来(把逆用伴随表示)
6. 矩阵的秩:可以回到定义,秩为 r,就说明至少存在一个 r 阶子式不为 0,所有 r+1 阶子式全为 0
三、空间解析几何
1. 易忽略的基础知识
点的坐标的实质:过一个点向几个轴做垂面 空间一点在线上的投影问题就可以做这条线的垂面,再连接 交点,同样,线和向量的在直线上的投影向量就是两点的投 影,注意,如果直接说投影,那么它是一个数,可以为负。 方向余弦:与坐标轴正方向的夹角的余弦
向量上投影
两直线共面,异面 —— 两个定点( x0 , y0 ,z0)构成的一个向
量,两个方向向量。这三个向量混合积为
0,就共面反之异

点到直线的距离
M 为线上一点 M1 为线上另一点, M 0到直线的距离为:
,想那个平行四边形
四、 n 维向量空间
预备知识: AX=b 的矩阵表示和向量表示
x1a 1 + x2a 2 + ...+ xna n = b
B.上三角矩阵乘以上三角矩阵,结果为上三角矩阵 2.矩阵等价的判断
A@B ? R( A) = R(B)
任何矩阵等价于其标准型
3.左乘初等矩阵为行变换,右乘初等矩阵为列变换 如: m*n 的矩阵,左乘 m 阶为行变换,右乘 n 阶为列变换
4. 给矩阵多项式求矩阵的逆或证明某个矩阵可逆
如: A2 - A- 2I = O,证明 (A+2I) 可逆。
2. A 为 m*n 矩阵,B 为 n*m 矩阵,m>=n ,试证 det(AB)=0
设A是 m ′3矩 阵,且R(A) = 1.如 果非 齐 次线 性
3. 方程组 AX = b的 三个 解 向量 h 1,h 2 ,h 3满 足
1
0
1
1 2 2,
2
3
1,
3
1
,求 AX=b 通解
3
1
0
1
三、向量组的最大无关组 通过初等变换就可以求出最大无关组 判断最大无关组 向量组里的每一个向量均可由最大无关 组表出
相关文档
最新文档