《线代》(同济版)
线性代数_同济大学(第五版)正式课件1
D1 b2 a22 a23 ,
b3 a32 a33
即
b1 a12 a13 D1 b2 a22 a23 ,
b3 a32 a33
aa2111xx11
a12 x2 a22 x2
a13 x3 a23 x3
b1 , b2 ,
a31x1 a32 x2 a33 x3 b3;
二阶行列式的计算 ——对角线法则
主对角线 副对角线
a11 a21
a12 a22
a11a22
a12a21
即：主对角线上两元素之积－副对角线上两元素之积
二元线性方程组
a11 x1 a12 x2 b1 a21 x1 a22 x2 b2
若令
D a11 a21
a12 a22
(方程组的系数行列式)
a12 x2 a22 x2
b1 b2
其求解公式为
x1
x2
b1a22 a11a22 a11b2 a11a22
a12b2 a12a21 b1a21 a12a21
原则：横行竖列
引进新的符号来表示“四
个数分成两对相乘再相
减”。
a11 a12 数表 a21 a22
a11 a12 a13 D a21 a22 a23
a31 a32 a33
aa2111xx11
a12 x2 a22 x2
a13 x3 a23 x3
b1 , b2 ,
a31x1 a32 x2 a33 x3 b3;
a11 b1 a13
得
D2 a21 b2 a23 ,
《线性代数》同济大学版 课后习题答案详解
|2A1|(2)3|A1|8|A|18216
17设矩阵A可逆证明其伴随阵A*也可逆且(A*)1(A1)*
证明由 得A*|A|A1所以当A可逆时有
|A*||A|n|A1||A|n10
从而A*也可逆
因为A*|A|A1所以
(A*)1|A|1A
又 所以
(A*)1|A|1A|A|1|A|(A1)*(A1)*
5设 问
(1)ABBA吗?
解ABBA
因为 所以ABBA
(2)(AB)2A22ABB2吗?
解(AB)2A22ABB2
因为
但
所以(AB)2A22ABB2
(3)(AB)(AB)A2B2吗?
解(AB)(AB)A2B2
因为
而
故(AB)(AB)A2B2
6举反列说明下列命题是错误的
(1)若A20则A0
解取 则A20但A0
解 令
则
故
29设n阶矩阵A及s阶矩阵B都可逆求
(1)
解设 则
由此得
所以
(2)
解设 则
由此得
所以
30求下列矩阵的逆阵
(1)
解设 则
于是
(2)
解设 则
第三章 矩阵的初等变换与线性方程组
1把下列矩阵化为行最简形矩阵
(1)
解 (下一步r2(2)r1r3(3)r1)
~ (下一步r2(1)r3(2))
~ (下一步r3r2)
(3)
解 (下一步r12r4r22r4r33r4)
~ (下一步r23r1r32r1)
~ (下一步r216r4r316r2)
~
~
矩阵的秩为3 是一个最高阶非零子式
10设A、B都是mn矩阵证明A~B的充分必要条件是R(A)R(B)
线性代数（同济教材,第六版）知识点的细分目录
线性代数（同济教材，第六版）知识点的细分目录第一章行列式0101 排列与逆序数0102 行列式定义0103 几个特殊行列式0104 行列式性质0105 行列式按行（列）展开0106 单元小结0107 单元测试第二章矩阵及其运算0201 矩阵的引入0202 矩阵的运算0203 矩阵的转置与对称矩阵0204 逆矩阵0205 伴随矩阵与克拉默法则0206 分块矩阵0207 单元小结0208 单元测试第三章矩阵的初等变换与线性方程组0301 矩阵的初等变换030101 用消元法求解线性方程组030102 矩阵的初等变换及其相关定理030103 矩阵之间的等价关系0302 初等矩阵030201 初等矩阵的定义030202 有关初等矩阵的定理030203 用初等变换求逆矩阵030204 用初等变换解矩阵方程0303 矩阵的秩030301 k阶子式的概念030302 矩阵秩的概念和基本性质030303 矩阵秩的计算030304 矩阵秩的性质续（放在辅导难点部分）0304 线性方程组的解030401 线性方程组解的判定030402 线性方程组的解法030403 两个推广（放在辅导难点部分）0305 单元小结0306 单元测试第四章向量组的线性相关性0401 向量组及其线性组合040101 n维向量空间的概念040102 向量组的线性组合040103 向量组之间的线性表示0402 向量组的线性相关性040201 线性相关、线性无关的概念040202 线性相关性的判定040203 线性相关、线性无关的性质0403 向量组的秩040301 最大线性无关组与向量组的秩040302 矩阵的秩与向量组的秩的关系040303 向量组之间的线性表示和秩的关系0404 线性方程组的解的结构040401 齐次线性方程组040402 非齐次线性方程组0405 向量空间040501 向量空间的概念040502 子空间040503 基、维数与坐标040504 过渡矩阵和坐标变换0406 单元小结0407 单元测试第五章相似矩阵及二次型0501向量的内积、长度及正交性050101向量的内积及长度050102向量的正交性050103施密特正交化方法050104正交矩阵及正交变换0502方阵的特征值与特征向量050201特征值与特征向量的概念050202特征值与特征向量的性质0503相似矩阵050301相似矩阵的概念及性质050302矩阵的相似对角化0504对称矩阵的对角化050401实对称矩阵050402实对称矩阵的正交对角化0505二次型及其标准型050501二次型及其标准形050502用正交变换化二次型为标准形0506用配方法化二次型为标准形0507正定二次型050701正定二次型的概念及惯性定理050702正定二次型的判定0508 单元小结0509 单元测试。
同济大学线代(第六版)新PPT课件
我们先讨论未知量的个数与方程 的个数相等的特殊情形.
在讨论这一类线性方程组时，我 们引入行列式这个计算工具.
第一章 行列式（De•数t行e的r列一m式种是in工线a具性n！代t）
•学习行列式主要
内容提要
就是要能计算行列 式的值.
§1 二阶与三阶行列式
§2 全排列与对换
行列式的概念.
§3 n 阶行列式的定义
什么是线性关系？
线性（linear）指量与量之间按比例、成直 线的关系，在数学上可以理解为一阶导数为常数 的函数。
非线性（non-linear）则指不按比例、不成 直线的关系，一阶导数不为常数。
线性代数
研究对象： 线性空间、线性变换和有限维的线性方程组。
研究工具： 行列式、矩阵与向量。
线性代数（第六版）
三、有重要贡献的数学家
• 17世纪，德国数学家-莱布尼兹 ——历史上最早使用行列式概念。
• 1750年，瑞士数学家-克莱姆（克莱姆法则） ——用行列式解线性方程组的重要方法。
• 1772年，法国数学家-范德蒙 ——对行列式做出连贯的逻辑阐述，行列
式的理论脱离开线性方程组。
• 1841年，法国数学家-柯西 ——首先创立了现代的行列式概念和符号。
学术地位及应用
线性代数在数学、物理学和技术学科中有各种 重要应用，因而它在各种代数分支中占居首要地位。 在计算机广泛应用的今天，计算机图形学、计算机 辅助设计、密码学、虚拟现实等技术无不以线性代 数为其理论和算法基础的一部分。线性代数所体现 的几何观念与代数方法之间的联系，从具体概念抽 象出来的公理化方法以及严谨的逻辑推证、巧妙的 归纳综合等，对于强化人们的数学训练，增益科学 智能是非常有用的。
随着科学的发展，我们不仅要研究单个 变量之间的关系，还要进一步研究多个变量 之间的关系，各种实际问题在大多数情况下 可以线性化，而由于计算机的发展，线性化 了的问题又可以计算出来，线性代数正是解 决这些问题的有力工具。
同济版线性代数
同济版线性代数同济版线性代数是一门高等数学的重要课程，旨在培养学生的数学逻辑思维和解决实际问题的能力。
本文将介绍同济版线性代数的教学内容、特点和应用，以及学习线性代数的重要性。
首先，同济版线性代数的教学内容包括向量空间、矩阵与行列式、线性方程组、特征值与特征向量以及线性变换等。
通过这些内容的学习，学生可以深入理解向量与矩阵的概念和性质，掌握线性方程组的解法和特征值特征向量的求解方法。
其次，同济版线性代数注重培养学生的抽象思维和数学建模能力。
教材以理论为基础，强调概念的把握和定理的证明。
通过大量的例题和习题，学生可以逐步提高对线性代数知识的运用能力，增强抽象思维和推理能力。
此外，同济版线性代数注重理论与实际的结合，在教学中融入了许多实际应用的例子。
例如，在矩阵与行列式的学习中，教材介绍了线性相关和线性无关的概念，并给出了一些实际问题的应用场景，如电路分析和经济模型建立等。
学习同济版线性代数的重要性不言而喻。
线性代数是数学的基础，也是理工科学生必修的数学课程之一。
它是许多高等数学和工程数学课程的前置知识，对后续学习和研究都具有重要的支撑和引导作用。
同时，线性代数也具有广泛的应用领域，如物理学、计算机科学、经济学等。
综上所述，同济版线性代数是一门重要的高等数学课程，通过学习该课程可以培养学生的数学逻辑思维、抽象思维和解决实际问题的能力。
同时，线性代数也是理工科学生必修的课程，并具有广泛的应用价值。
希望本文能对同济版线性代数的内容和意义有所了解，为学生学习和研究线性代数提供参考。
线性代数(同济六版珍藏版)
正交变换和配方法化简二次型
正交变换
通过正交矩阵对二次型进行变换，使得变换 后的二次型保持原有的性质，如形状、大小 等。正交变换可以简化二次型的计算过程。
配方法
通过配方的方法将二次型化为完全平方的形 式，从而更容易地找到其标准形。配方法适
用于特征值不易求解的情况。
正定矩阵概念及判别方法
要点一
正定矩阵定义
初等变换与等价关系
初等变换
对矩阵实施以下三种变换称为初等变换：(1) 对换两行；(2) 以非零数乘某一行； (3) 把某一行的若干倍加到另一行上。
等价关系
若两个矩阵可以通过有限次初等变换相互转化，则称这两个矩阵等价。等价关 系具有自反性、对称性和传递性。
02
行列式及其应用
n阶行列式定义及性质
01
两个矩阵行数相等、列 数相等且对应元素相等 。
只有同型矩阵才能相加 ，即把两个矩阵对应位 置的元素分别相加。
用数$k$乘以矩阵A的每 一个元素。
设$A=(a_{ij})$是$m times n$矩阵， $B=(b_{ij})$是$n times s$矩阵，那么规定A与B 的乘积是一个$m times s$矩阵C，其中C的第$i$ 行第$j$列元素是A的第 $i$行元素与B的第$j$列
特征值和特征向量在物理中应用
振动问题
在振动问题中，系统的质量和刚度矩阵 的特征值和特征向量决定了系统的固有 频率和振型。
VS
量子力学
在量子力学中，哈密顿算符的特征值和特 征向量分别对应于系统的能量本征值和波 函数。通过求解哈密顿算符的特征问题， 可以得到系统的能级和波函数。
06
二次型与正定矩阵
二次型概念及标准形
线性方程组解结构
(同济大学)线性代数第五版课后答案
成都大学诗叶子制作第一章 行列式1. 利用对角线法则计算下列三阶行列式: (1)381141102---;解 381141102---=2⨯(-4)⨯3+0⨯(-1)⨯(-1)+1⨯1⨯8 -0⨯1⨯3-2⨯(-1)⨯8-1⨯(-4)⨯(-1) =-24+8+16-4=-4. (2)ba c a cb cb a ;解 ba c a cb cb a =acb +bac +cba -bbb -aaa -ccc=3abc -a 3-b 3-c 3.(3)222111c b a c b a ;解 222111c b a c b a =bc 2+ca 2+ab 2-ac 2-ba 2-cb 2=(a -b )(b -c )(c -a ).成都大学诗叶子制作(4)y x y x x y x y yx y x +++.解 yx y x x y x y yx y x +++=x (x +y )y +yx (x +y )+(x +y )yx -y 3-(x +y )3-x 3 =3xy (x +y )-y 3-3x 2 y -x 3-y 3-x 3 =-2(x 3+y 3).2. 按自然数从小到大为标准次序, 求下列各排列的逆序数:(1)1 2 3 4; 解 逆序数为0 (2)4 1 3 2;解 逆序数为4: 41, 43, 42, 32. (3)3 4 2 1;解 逆序数为5: 3 2, 3 1, 4 2, 4 1, 2 1. (4)2 4 1 3;解 逆序数为3: 2 1, 4 1, 4 3. (5)1 3 ⋅ ⋅ ⋅ (2n -1) 2 4 ⋅ ⋅ ⋅ (2n );解 逆序数为2)1(-n n :3 2 (1个) 5 2, 5 4(2个)7 2, 7 4, 7 6(3个)⋅⋅⋅⋅⋅⋅(2n-1)2, (2n-1)4, (2n-1)6,⋅⋅⋅, (2n-1)(2n-2) (n-1个)(6)1 3 ⋅⋅⋅(2n-1) (2n) (2n-2) ⋅⋅⋅ 2.解逆序数为n(n-1) :3 2(1个)5 2, 5 4 (2个)⋅⋅⋅⋅⋅⋅(2n-1)2, (2n-1)4, (2n-1)6,⋅⋅⋅, (2n-1)(2n-2) (n-1个)4 2(1个)6 2, 6 4(2个)⋅⋅⋅⋅⋅⋅(2n)2, (2n)4, (2n)6,⋅⋅⋅, (2n)(2n-2) (n-1个)3.写出四阶行列式中含有因子a11a23的项.解含因子a11a23的项的一般形式为(-1)t a11a23a3r a4s,其中rs是2和4构成的排列,这种排列共有两个,即24和42.所以含因子a11a23的项分别是(-1)t a11a23a32a44=(-1)1a11a23a32a44=-a11a23a32a44,(-1)t a11a23a34a42=(-1)2a11a23a34a42=a11a23a34a42.4.计算下列各行列式:成都大学诗叶子制作成都大学诗叶子制作(1)7110025*******214; 解 71100251020214214010014231020211021473234-----======c c c c 34)1(143102211014+-⨯---= 143102211014--=01417172001099323211=-++======c c c c .(2)2605232112131412-; 解 2605232112131412-26053212213041224--=====c c 041203212213041224--=====r r 0000003212213041214=--=====r r . (3)efcf bf de cd bd aeac ab ---;解 efcf bf de cd bd aeac ab ---e c b e c b e c b adf ---=abcdef adfbce 4111111111=---=.成都大学诗叶子制作(4)dc b a 100110011001---. 解 d c b a 100110011001---dc b aab ar r 10011001101021---++===== d c a ab 101101)1)(1(12--+--=+01011123-+-++=====cd c ada ab dc ccdad ab +-+--=+111)1)(1(23=abcd +ab +cd +ad +1. 5. 证明:(1)1112222b b a a b ab a +=(a -b )3;证明1112222b b a a b ab a +00122222221213a b a b a a b a ab a c c c c ------=====ab a b a b a ab 22)1(22213-----=+21))((a b a a b a b +--==(a -b )3 . (2)y x z x z y zy x b a bz ay by ax bx az by ax bx az bz ay bx az bz ay by ax )(33+=+++++++++;证明bzay by ax bx az by ax bx az bz ay bxaz bz ay by ax +++++++++成都大学诗叶子制作bz ay by ax x by ax bx az z bxaz bz ay y b bz ay by ax z by ax bx az y bx az bz ay x a +++++++++++++=bz ay y x by ax x z bxaz z y b y by ax z x bx az y z bz ay x a +++++++=22z y x y x z xz y b y x z x z y z y x a 33+=y x z x z y zy x b y x z x z y z y x a 33+=y x z x z y zy x b a )(33+=.(3)0)3()2()1()3()2()1()3()2()1()3()2()1(2222222222222222=++++++++++++d d d d c c c c b b b b a a a a ; 证明2222222222222222)3()2()1()3()2()1()3()2()1()3()2()1(++++++++++++d d d d c c c c b b b b a a a a (c 4-c 3, c 3-c 2, c 2-c 1得) 5232125232125232125232122222++++++++++++=d d d d c c c c b b b b a a a a (c 4-c 3, c 3-c 2得)成都大学诗叶子制作022122212221222122222=++++=d d c c b b a a . (4)444422221111d c b a d c b a d c b a =(a -b )(a -c )(a -d )(b -c )(b -d )(c -d )(a +b +c +d ); 证明 444422221111d c b a d c b a d c b a )()()(0)()()(001111222222222a d d a c c a b b a d d a c c a b b ad a c a b ---------=)()()(111))()((222a d d a c c a b b d c b a d a c a b +++---=))(())((00111))()((a b d b d d a b c b c c b d b c a d a c a b ++-++------= )()(11))()()()((a b d d a b c c b d b c a d a c a b ++++-----= =(a -b )(a -c )(a -d )(b -c )(b -d )(c -d )(a +b +c +d ).成都大学诗叶子制作(5)12211 000 00 1000 01a x a a a a x x x n n n+⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅--- =x n +a 1x n -1+ ⋅ ⋅ ⋅ +a n -1x +a n .证明 用数学归纳法证明.当n =2时, 2121221a x a x a x a x D ++=+-=, 命题成立. 假设对于(n -1)阶行列式命题成立, 即 D n -1=x n -1+a 1 x n -2+ ⋅ ⋅ ⋅ +a n -2x +a n -1, 则D n 按第一列展开, 有 11100 100 01)1(11-⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅--+=+-xx a xD D n n n n =xD n -1+a n =x n +a 1x n -1+ ⋅ ⋅ ⋅ +a n -1x +a n . 因此, 对于n 阶行列式命题成立.6. 设n 阶行列式D =det(a ij ), 把D 上下翻转、或逆时针旋转90︒、或依副对角线翻转, 依次得n nn n a a a a D 11111 ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=, 11112 n nn n a a a a D ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅= , 11113 a a a a D n nnn ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=,证明D D D n n 2)1(21)1(--==, D 3=D .证明 因为D =det(a ij ), 所以成都大学诗叶子制作nnn n n n nnnn a a a a a a a a a a D 2211111111111 )1( ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=- ⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅--=-- )1()1(331122111121nnn n nn n n a a a a a a a a D D n n n n 2)1()1()2( 21)1()1(--+-+⋅⋅⋅++-=-=.同理可证 nnn n n n a a a a D ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-=- )1(11112)1(2D D n n Tn n 2)1(2)1()1()1(---=-=. D D D D D n n n n n n n n =-=--=-=----)1(2)1(2)1(22)1(3)1()1()1()1(.7. 计算下列各行列式(D k 为k 阶行列式):(1)aaD n 11⋅⋅⋅=, 其中对角线上元素都是a , 未写出的元素都是0; 解成都大学诗叶子制作aa a a a D n 0 0010 000 00 000 0010 00⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=(按第n 行展开) )1()1(10 00 00 000 0010 000)1(-⨯-+⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-=n n n aa a )1()1(2 )1(-⨯-⋅⋅⋅⋅-+n n n a a an n n nn a a a+⋅⋅⋅-⋅-=--+)2)(2(1)1()1(=a n -a n -2=a n -2(a 2-1).(2)xa aa x a a a xD n ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅= ; 解 将第一行乘(-1)分别加到其余各行, 得 ax x a ax x a a x x a a a a x D n --⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅--⋅⋅⋅--⋅⋅⋅=000 0 00 0, 再将各列都加到第一列上, 得ax ax a x aaa a n x D n -⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-+=0000 0 000 00 )1(=[x +(n -1)a ](x -a )n -1.成都大学诗叶子制作(3)111 1 )( )1()( )1(1111⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅--⋅⋅⋅-=---+n a a a n a a a n a a a D n n n nn n n ; 解 根据第6题结果, 有 nnn n n n n n n n a a a n a a a n a a aD )( )1()( )1( 11 11)1(1112)1(1-⋅⋅⋅--⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-=---++此行列式为范德蒙德行列式. ∏≥>≥++++--+--=112)1(1)]1()1[()1(j i n n n n j a i a D∏≥>≥++---=112)1()]([)1(j i n n n j i∏≥>≥++⋅⋅⋅+-++-⋅-⋅-=1121)1(2)1()()1()1(j i n n n n n j i∏≥>≥+-=11)(j i n j i .(4)nnnnn d c d c b a b a D ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=11112; 解成都大学诗叶子制作nnnnn d c d c b a b a D ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=11112(按第1行展开) nn n n n nd d c d c b a b a a 00011111111----⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=0)1(1111111112c d c d c b a b a b nn n n n nn ----+⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-+. 再按最后一行展开得递推公式D 2n =a n d n D 2n -2-b n c n D 2n -2, 即D 2n =(a n d n -b n c n )D 2n -2. 于是 ∏=-=ni i i i i n D c b d a D 222)(.而 111111112c b d a d c b a D -==, 所以 ∏=-=n i i i i i n c b d a D 12)(. (5) D =det(a ij ), 其中a ij =|i -j |;成都大学诗叶子制作解 a ij =|i -j |, 04321 4 01233 10122 21011 3210)det(⋅⋅⋅----⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅==n n n n n n n n a D ij n 043211 11111 11111 11111 1111 2132⋅⋅⋅----⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅----⋅⋅⋅---⋅⋅⋅--⋅⋅⋅--⋅⋅⋅-=====n n n n r r r r 15242321 0 22210 02210 00210 0001 1213-⋅⋅⋅----⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅----⋅⋅⋅---⋅⋅⋅--⋅⋅⋅-+⋅⋅⋅+=====n n n n n c c c c =(-1)n -1(n -1)2n -2.(6)nn a a a D +⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+=1 11 1 1111121, 其中a 1a 2 ⋅ ⋅ ⋅ a n≠0.解nn a a a D +⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+=1 11 1 111 1121成都大学诗叶子制作nn n n a a a a a a a a a c c c c +-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-=====--10001 000 100 0100 0100 0011332212132 11113121121110 00011 000 00 11000 01100 001 ------+-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅=n n n a a a a a a a a∑=------+⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=n i i n n a a a a a a a a 1111131******** 000100 10000 01000 001)11)((121∑=+=ni i n a a a a .8. 用克莱姆法则解下列方程组: (1)⎪⎩⎪⎨⎧=+++-=----=+-+=+++01123253224254321432143214321x x x x x x x x x x x x x x x x ;解 因为成都大学诗叶子制作14211213513241211111-=----=D , 142112105132412211151-=------=D , 284112035122412111512-=-----=D , 426110135232422115113-=----=D , 14202132132212151114=-----=D , 所以 111==D D x , 222==D D x , 333==D D x , 144-==D D x .(2)⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=++=++=++=+150650650651655454343232121x x x x x x x x x x x x x .解 因为 665510006510006510065100065==D , 150751001651000651000650000611==D , 114551010651000650000601000152-==D ,成都大学诗叶子制作70351100650000601000051001653==D , 39551000601000051000651010654-==D , 2121100005100065100651100655==D , 所以66515071=x , 66511452-=x , 6657033=x , 6653954-=x , 6652124=x .9. 问λ, μ取何值时, 齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++0200321321321x x x x x x x x x μμλ有非零解？解 系数行列式为μλμμμλ-==1211111D .令D =0, 得 μ=0或λ=1.于是, 当μ=0或λ=1时该齐次线性方程组有非零解.10. 问λ取何值时, 齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=-++=+-+=+--0)1(0)3(2042)1(321321321x x x x x x x x x λλλ成都大学诗叶子制作有非零解？解 系数行列式为λλλλλλλ--+--=----=101112431111132421D=(1-λ)3+(λ-3)-4(1-λ)-2(1-λ)(-3-λ) =(1-λ)3+2(1-λ)2+λ-3. 令D =0, 得λ=0, λ=2或λ=3.于是, 当λ=0, λ=2或λ=3时, 该齐次线性方程组有非零解.第二章 矩阵及其运算1. 已知线性变换:⎪⎩⎪⎨⎧++=++=++=3213321232113235322y y y x y y y x y y y x , 求从变量x 1, x 2, x 3到变量y 1, y 2, y 3的线性变换. 解 由已知:⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛221321323513122y y y x x x ,成都大学诗叶子制作故 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-3211221323513122x x x y y y ⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=321423736947y y y ,⎪⎩⎪⎨⎧-+=-+=+--=321332123211423736947x x x y x x x y x x x y .2. 已知两个线性变换⎪⎩⎪⎨⎧++=++-=+=32133212311542322y y y x y y y x y y x ,⎪⎩⎪⎨⎧+-=+=+-=323312211323z z y z z y z z y , 求从z 1, z 2, z 3到x 1, x 2, x 3的线性变换.解 由已知⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛221321514232102y y y x x x ⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=321310102013514232102z z z ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=321161109412316z z z ,所以有⎪⎩⎪⎨⎧+--=+-=++-=3213321232111610941236z z z x z z z x z z z x .3. 设⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=111111111A , ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=150421321B , 求3AB -2A 及A T B .解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-1111111112150421321111111111323A AB成都大学诗叶子制作⎪⎪⎭⎫⎝⎛----=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2294201722213211111111120926508503,⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=092650850150421321111111111B A T .4. 计算下列乘积:(1)⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-127075321134;解 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-127075321134⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯+⨯⨯+⨯-+⨯⨯+⨯+⨯=102775132)2(71112374⎪⎪⎭⎫⎝⎛=49635.(2)⎪⎪⎭⎫⎝⎛123)321(;解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛123)321(=(1⨯3+2⨯2+3⨯1)=(10).(3))21(312-⎪⎪⎭⎫⎝⎛;解 )21(312-⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-⨯⨯-⨯⨯-⨯=23)1(321)1(122)1(2⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=632142. (4)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎭⎫ ⎝⎛-20413121013143110412 ;成都大学诗叶子制作解 ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---⎪⎭⎫ ⎝⎛-20413121013143110412⎪⎭⎫ ⎝⎛---=6520876.(5)⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛321332313232212131211321)(x x x a a a a a a a a a x x x ;解⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛321332313232212131211321)(x x x a a a a a a a a a x x x=(a 11x 1+a 12x 2+a 13x 3 a 12x 1+a 22x 2+a 23x 3 a 13x 1+a 23x 2+a 33x 3)⎪⎪⎭⎫⎝⎛321x x x322331132112233322222111222x x a x x a x x a x a x a x a +++++=.5. 设⎪⎭⎫ ⎝⎛=3121A , ⎪⎭⎫ ⎝⎛=2101B , 问:(1)AB =BA 吗? 解 AB ≠BA .因为⎪⎭⎫ ⎝⎛=6443AB , ⎪⎭⎫ ⎝⎛=8321BA , 所以AB ≠BA . (2)(A +B )2=A 2+2AB +B 2吗? 解 (A +B )2≠A 2+2AB +B 2.因为⎪⎭⎫ ⎝⎛=+5222B A ,成都大学诗叶子制作 ⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=+52225222)(2B A ⎪⎭⎫ ⎝⎛=2914148, 但 ⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=++43011288611483222B AB A ⎪⎭⎫ ⎝⎛=27151610, 所以(A +B )2≠A 2+2AB +B 2.(3)(A +B )(A -B )=A 2-B 2吗?解 (A +B )(A -B )≠A 2-B 2.因为⎪⎭⎫ ⎝⎛=+5222B A , ⎪⎭⎫ ⎝⎛=-1020B A , ⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=-+906010205222))((B A B A , 而 ⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=-718243011148322B A , 故(A +B )(A -B )≠A 2-B 2. 6. 举反列说明下列命题是错误的:(1)若A 2=0, 则A =0;解 取⎪⎭⎫ ⎝⎛=0010A , 则A 2=0, 但A ≠0. (2)若A 2=A , 则A =0或A =E ; 解 取⎪⎭⎫ ⎝⎛=0011A , 则A 2=A , 但A ≠0且A ≠E . (3)若AX =AY , 且A ≠0, 则X =Y .解 取成都大学诗叶子制作 ⎪⎭⎫ ⎝⎛=0001A , ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1111X , ⎪⎭⎫ ⎝⎛=1011Y , 则AX =AY , 且A ≠0, 但X ≠Y .7. 设⎪⎭⎫ ⎝⎛=101λA , 求A 2, A 3, ⋅ ⋅ ⋅, A k . 解 ⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=12011011012λλλA , ⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛==1301101120123λλλA A A , ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅,⎪⎭⎫ ⎝⎛=101λk A k . 8. 设⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=λλλ001001A , 求A k . 解 首先观察⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=λλλλλλ0010010010012A ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=222002012λλλλλ, ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅=3232323003033λλλλλλA A A , ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅=43423434004064λλλλλλA A A , ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅=545345450050105λλλλλλA A A ,成都大学诗叶子制作 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅,⎝⎛=k A k k k k k k k k k k λλλλλλ0002)1(121----⎪⎪⎪⎭⎫ . 用数学归纳法证明:当k =2时, 显然成立.假设k 时成立，则k +1时，⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⋅=---+λλλλλλλλλ0010010002)1(1211k k k k k k k k k k k k A A A ⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=+-+--+11111100)1(02)1()1(k k k k k k k k k k λλλλλλ, 由数学归纳法原理知:⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=---k k k k k k k k k k k A λλλλλλ0002)1(121. 9. 设A , B 为n 阶矩阵，且A 为对称矩阵，证明B T AB 也是对称矩阵.证明 因为A T =A , 所以成都大学诗叶子制作 (B T AB )T =B T (B T A )T =B T A T B =B T AB ,从而B T AB 是对称矩阵.10. 设A , B 都是n 阶对称矩阵，证明AB 是对称矩阵的充分必要条件是AB =BA .证明 充分性: 因为A T =A , B T =B , 且AB =BA , 所以 (AB )T =(BA )T =A T B T =AB ,即AB 是对称矩阵.必要性: 因为A T =A , B T =B , 且(AB )T =AB , 所以 AB =(AB )T =B T A T =BA .11. 求下列矩阵的逆矩阵:(1)⎪⎭⎫ ⎝⎛5221; 解 ⎪⎭⎫ ⎝⎛=5221A . |A |=1, 故A -1存在. 因为 ⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎭⎫ ⎝⎛=1225*22122111A A A A A , 故 *||11A A A =-⎪⎭⎫ ⎝⎛--=1225. (2)⎪⎭⎫ ⎝⎛-θθθθcos sin sin cos ; 解 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θθθθc o s s i n s i n c o s A . |A |=1≠0, 故A -1存在. 因为 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛=θθθθcos sin sin cos *22122111A A A A A ,成都大学诗叶子制作 所以 *||11A A A =-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θθθθcos sin sin cos . (3)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---145243121; 解 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=145243121A . |A |=2≠0, 故A -1存在. 因为 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=214321613024*332313322212312111A A A A A A A A A A , 所以 *||11A A A =-⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----=1716213213012. (4)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛n a a a 0021(a 1a 2⋅ ⋅ ⋅a n ≠0) .解 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=n a a a A 0021, 由对角矩阵的性质知 ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-n a a a A 10011211 . 12. 解下列矩阵方程:成都大学诗叶子制作 (1)⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛12643152X ; 解 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=-126431521X ⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛--=12642153⎪⎭⎫ ⎝⎛-=80232. (2)⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--234311*********X ; 解 1111012112234311-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛-=X ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎭⎫ ⎝⎛-=03323210123431131 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=32538122.(3)⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-101311022141X ; 解 11110210132141--⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=X ⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=210110131142121 ⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=21010366121⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=04111. (4)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛021102341010100001100001010X .成都大学诗叶子制作 解 11010100001021102341100001010--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=X ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=010100001021102341100001010⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=201431012. 13. 利用逆矩阵解下列线性方程组: (1)⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++3532522132321321321x x x x x x x x x ;解 方程组可表示为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛321153522321321x x x , 故 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-0013211535223211321x x x , 从而有 ⎪⎩⎪⎨⎧===001321x x x .(2)⎪⎩⎪⎨⎧=-+=--=--05231322321321321x x x x x x x x x .解 方程组可表示为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----012523312111321x x x ,成都大学诗叶子制作 故 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-3050125233121111321x x x , 故有 ⎪⎩⎪⎨⎧===305321x x x . 14. 设A k =O (k 为正整数), 证明(E -A )-1=E +A +A 2+⋅ ⋅ ⋅+A k -1. 证明 因为A k =O , 所以E -A k =E . 又因为E -A k =(E -A )(E +A +A 2+⋅ ⋅ ⋅+A k -1),所以 (E -A )(E +A +A 2+⋅ ⋅ ⋅+A k -1)=E ,由定理2推论知(E -A )可逆, 且(E -A )-1=E +A +A 2+⋅ ⋅ ⋅+A k -1.证明 一方面, 有E =(E -A )-1(E -A ).另一方面, 由A k =O , 有E =(E -A )+(A -A 2)+A 2-⋅ ⋅ ⋅-A k -1+(A k -1-A k )=(E +A +A 2+⋅ ⋅ ⋅+A k -1)(E -A ),故 (E -A )-1(E -A )=(E +A +A 2+⋅ ⋅ ⋅+A k -1)(E -A ),两端同时右乘(E -A )-1, 就有(E -A )-1(E -A )=E +A +A 2+⋅ ⋅ ⋅+A k -1.15. 设方阵A 满足A 2-A -2E =O , 证明A 及A +2E 都可逆, 并求A -1及(A +2E )-1.成都大学诗叶子制作 证明 由A 2-A -2E =O 得A 2-A =2E , 即A (A -E )=2E ,或 E E A A =-⋅)(21, 由定理2推论知A 可逆, 且)(211E A A -=-. 由A 2-A -2E =O 得A 2-A -6E =-4E , 即(A +2E )(A -3E )=-4E ,或 E A E E A =-⋅+)3(41)2( 由定理2推论知(A +2E )可逆, 且)3(41)2(1A E E A -=+-.证明 由A 2-A -2E =O 得A 2-A =2E , 两端同时取行列式得 |A 2-A |=2,即 |A ||A -E |=2,故 |A |≠0,所以A 可逆, 而A +2E =A 2, |A +2E |=|A 2|=|A |2≠0, 故A +2E 也可逆. 由 A 2-A -2E =O ⇒A (A -E )=2E⇒A -1A (A -E )=2A -1E ⇒)(211E A A -=-, 又由 A 2-A -2E =O ⇒(A +2E )A -3(A +2E )=-4E⇒ (A +2E )(A -3E )=-4 E ,所以 (A +2E )-1(A +2E )(A -3E )=-4(A +2 E )-1,成都大学诗叶子制作 )3(41)2(1A E E A -=+-. 16. 设A 为3阶矩阵, 21||=A , 求|(2A )-1-5A *|. 解 因为*||11A A A =-, 所以 |||521||*5)2(|111----=-A A A A A |2521|11---=A A =|-2A -1|=(-2)3|A -1|=-8|A |-1=-8⨯2=-16. 17. 设矩阵A 可逆, 证明其伴随阵A *也可逆, 且(A *)-1=(A -1)*.证明 由*||11A A A =-, 得A *=|A |A -1, 所以当A 可逆时, 有 |A *|=|A |n |A -1|=|A |n -1≠0,从而A *也可逆.因为A *=|A |A -1, 所以(A *)-1=|A |-1A .又*)(||)*(||1111---==A A A A A , 所以 (A *)-1=|A |-1A =|A |-1|A |(A -1)*=(A -1)*.18. 设n 阶矩阵A 的伴随矩阵为A *, 证明:(1)若|A |=0, 则|A *|=0;(2)|A *|=|A |n -1.证明(1)用反证法证明. 假设|A *|≠0, 则有A *(A *)-1=E , 由此得成都大学诗叶子制作A =A A *(A *)-1=|A |E (A *)-1=O ,所以A *=O , 这与|A *|≠0矛盾，故当|A |=0时, 有|A *|=0. (2)由于*||11A A A =-, 则AA *=|A |E , 取行列式得到|A ||A *|=|A |n . 若|A |≠0, 则|A *|=|A |n -1;若|A |=0, 由(1)知|A *|=0, 此时命题也成立. 因此|A *|=|A |n -1.19. 设⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=321011330A , AB =A +2B , 求B .解 由AB =A +2E 可得(A -2E )B =A , 故⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=-=--321011330121011332)2(11A E A B ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=011321330.20. 设⎪⎪⎭⎫⎝⎛=101020101A , 且AB +E =A 2+B , 求B .解 由AB +E =A 2+B 得 (A -E )B =A 2-E , 即 (A -E )B =(A -E )(A +E ).因为01001010100||≠-==-E A , 所以(A -E )可逆, 从而成都大学诗叶子制作⎪⎪⎭⎫⎝⎛=+=201030102E A B .21. 设A =diag(1, -2, 1), A *BA =2BA -8E , 求B . 解 由A *BA =2BA -8E 得 (A *-2E )BA =-8E , B =-8(A *-2E )-1A -1 =-8[A (A *-2E )]-1 =-8(AA *-2A )-1 =-8(|A |E -2A )-1 =-8(-2E -2A )-1 =4(E +A )-1=4[diag(2, -1, 2)]-1)21 ,1 ,21(diag 4-==2diag(1, -2, 1).22. 已知矩阵A 的伴随阵⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=8030010100100001*A , 且ABA -1=BA -1+3E , 求B . 解 由|A *|=|A |3=8, 得|A |=2. 由ABA -1=BA -1+3E 得 AB =B +3A ,B =3(A -E )-1A =3[A (E -A -1)]-1A成都大学诗叶子制作11*)2(6*)21(3---=-=A E A E⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=-1030060600600006603001010010000161. 23. 设P -1AP =Λ, 其中⎪⎭⎫ ⎝⎛--=1141P , ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=Λ2001, 求A 11. 解 由P -1AP =Λ, 得A =P ΛP -1, 所以A 11= A =P Λ11P -1.|P |=3, ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1141*P , ⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-1141311P ,而 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=Λ11111120 012001,故 ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛--=31313431200111411111A ⎪⎭⎫ ⎝⎛--=68468327322731. 24. 设AP =P Λ, 其中⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=111201111P , ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=Λ511,求ϕ(A )=A 8(5E -6A +A 2). 解 ϕ(Λ)=Λ8(5E -6Λ+Λ2)=diag(1,1,58)[diag(5,5,5)-diag(-6,6,30)+diag(1,1,25)] =diag(1,1,58)diag(12,0,0)=12diag(1,0,0). ϕ(A )=P ϕ(Λ)P -1*)(||1P P P Λ=ϕ成都大学诗叶子制作⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛------⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=1213032220000000011112011112 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=1111111114.25. 设矩阵A 、B 及A +B 都可逆, 证明A -1+B -1也可逆, 并求其逆阵. 证明 因为A -1(A +B )B -1=B -1+A -1=A -1+B -1,而A -1(A +B )B -1是三个可逆矩阵的乘积, 所以A -1(A +B )B -1可逆, 即A -1+B -1可逆.(A -1+B -1)-1=[A -1(A +B )B -1]-1=B (A +B )-1A . 26. 计算⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛30003200121013013000120010100121. 解 设⎪⎭⎫ ⎝⎛=10211A , ⎪⎭⎫ ⎝⎛=30122A , ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=12131B , ⎪⎭⎫ ⎝⎛--=30322B ,则 ⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛2121B O B E A O E A ⎪⎭⎫⎝⎛+=222111B A O B B A A ,而 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛--+⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=+4225303212131021211B B A , ⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛=90343032301222B A ,成都大学诗叶子制作所以 ⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛2121B O B E A O E A ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=222111B A O B B A A ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=9000340042102521, 即 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛30003200121013013000120010100121⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=9000340042102521. 27. 取⎪⎭⎫ ⎝⎛==-==1001D C B A , 验证|||||||| D C B A D C B A ≠.解 4100120021100101002000021010010110100101==--=--=D C B A , 而 01111|||||||| ==D C B A ,故 |||||||| D C B A D C B A ≠.28. 设⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=22023443O O A , 求|A 8|及A 4. 解 令⎪⎭⎫ ⎝⎛-=34431A , ⎪⎭⎫ ⎝⎛=22022A , 则 ⎪⎭⎫⎝⎛=21A O O A A ,故 8218⎪⎭⎫ ⎝⎛=A O O A A ⎪⎭⎫ ⎝⎛=8281A O O A ,成都大学诗叶子制作1682818281810||||||||||===A A A A A . ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=464444241422025005O O A O O A A . 29. 设n 阶矩阵A 及s 阶矩阵B 都可逆, 求 (1)1-⎪⎭⎫ ⎝⎛O B A O ; 解 设⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛-43211C C C C O B A O , 则 ⎪⎭⎫ ⎝⎛O B A O ⎪⎭⎫ ⎝⎛4321C C C C ⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=s n E O O E BC BC AC AC 2143. 由此得 ⎪⎩⎪⎨⎧====s n EBC O BC O AC E AC 2143⇒⎪⎩⎪⎨⎧====--121413B C OC O C A C ,所以 ⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛---O A B O O B A O 111. (2)1-⎪⎭⎫ ⎝⎛B C O A . 解 设⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛-43211D D D D B C O A , 则 ⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛s n E O O E BD CD BD CD AD AD D D D D B C O A 4231214321.成都大学诗叶子制作由此得 ⎪⎩⎪⎨⎧=+=+==s nE BD CD O BD CD OAD E AD 423121⇒⎪⎩⎪⎨⎧=-===----14113211B D CA B D O D A D ,所以 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-----11111B CA B O A BC O A . 30. 求下列矩阵的逆阵: (1)⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛2500380000120025; 解 设⎪⎭⎫ ⎝⎛=1225A , ⎪⎭⎫ ⎝⎛=2538B , 则⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎭⎫ ⎝⎛=--5221122511A , ⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎭⎫ ⎝⎛=--8532253811B .于是 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----850032000052002125003800001200251111B A B A .(2)⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛4121031200210001. 解 设⎪⎭⎫ ⎝⎛=2101A , ⎪⎭⎫ ⎝⎛=4103B , ⎪⎭⎫ ⎝⎛=2112C , 则成都大学诗叶子制作⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------1111114121031200210001B CA B O A B C O A⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----=411212458103161210021210001.第三章 矩阵的初等变换与线性方程组1. 把下列矩阵化为行最简形矩阵:(1)⎪⎪⎭⎫⎝⎛--340313021201;解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--340313021201(下一步: r 2+(-2)r 1, r 3+(-3)r 1. )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛---020*********(下一步: r 2÷(-1), r 3÷(-2). )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛--010*********(下一步: r 3-r 2. )成都大学诗叶子制作~⎪⎪⎭⎫⎝⎛--300031001201(下一步: r 3÷3. )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛--100031001201(下一步: r 2+3r 3. )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛-100001001201(下一步: r 1+(-2)r 2, r 1+r 3. )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛100001000001.(2)⎪⎪⎭⎫⎝⎛----174034301320;解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛----174034301320(下一步: r 2⨯2+(-3)r 1, r 3+(-2)r 1. )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛---310031001320(下一步: r 3+r 2, r 1+3r 2. )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛0000310010020(下一步: r 1÷2. )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛000031005010.成都大学诗叶子制作(3)⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---------12433023221453334311; 解 ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---------12433023221453334311(下一步: r 2-3r 1, r 3-2r 1, r 4-3r 1. )~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--------1010500663008840034311(下一步: r 2÷(-4), r 3÷(-3) , r 4÷(-5). )~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----22100221002210034311(下一步: r 1-3r 2, r 3-r 2, r 4-r 2. )~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---00000000002210032011. (4)⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------34732038234202173132. 解 ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------34732038234202173132(下一步: r 1-2r 2, r 3-3r 2, r 4-2r 2. )~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----1187701298804202111110(下一步: r 2+2r 1, r 3-8r 1, r 4-7r 1. )成都大学诗叶子制作~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--41000410002020111110(下一步: r 1↔r 2, r 2⨯(-1), r 4-r 3. )~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----00000410001111020201(下一步: r 2+r 3. )~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--00000410003011020201. 2. 设⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛987654321100010101100001010A , 求A .解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛100001010是初等矩阵E (1, 2), 其逆矩阵就是其本身.⎪⎪⎭⎫⎝⎛100010101是初等矩阵E (1, 2(1)), 其逆矩阵是E (1, 2(-1)) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=100010101.⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=100010101987654321100001010A⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=287221254100010101987321654.成都大学诗叶子制作3. 试利用矩阵的初等变换, 求下列方阵的逆矩阵:(1)⎪⎪⎭⎫⎝⎛323513123;解 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛100010001323513123~⎪⎪⎭⎫⎝⎛---101011001200410123~⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----1012002110102/102/3023~⎪⎪⎭⎫⎝⎛----2/102/11002110102/922/7003~⎪⎪⎭⎫⎝⎛----2/102/11002110102/33/26/7001故逆矩阵为⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----21021211233267.(2)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----1210232112201023.解 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----10000100001000011210232112201023成都大学诗叶子制作~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----00100301100001001220594012102321~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--------20104301100001001200110012102321~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-------106124301100001001000110012102321 ~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----------10612631110`1022111000010000100021 ~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------106126311101042111000010000100001故逆矩阵为⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------10612631110104211. 4. (1)设⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=113122214A , ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=132231B , 求X 使AX =B ;解 因为成都大学诗叶子制作⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=132231 113122214) ,(B A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--412315210 100010001 ~r ,所以 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--==-4123152101B A X .(2)设⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=433312120A , ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=132321B , 求X 使XA =B . 解 考虑A T X T =B T . 因为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=134313*********) ,(T T B A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---411007101042001 ~r ,所以 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---==-417142)(1T T T B A X ,从而 ⎪⎭⎫ ⎝⎛---==-4741121BA X . 5. 设⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=101110011A , AX =2X +A , 求X .解 原方程化为(A -2E )X =A . 因为⎪⎪⎭⎫⎝⎛---------=-101101110110011011) ,2(A E A⎪⎪⎭⎫⎝⎛---011100101010110001~,成都大学诗叶子制作所以 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=-=-011101110)2(1A E A X .6. 在秩是r 的矩阵中,有没有等于0的r -1阶子式? 有没有等于0的r 阶子式?解 在秩是r 的矩阵中, 可能存在等于0的r -1阶子式, 也可能存在等于0的r 阶子式.例如, ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=010*********A , R (A )=3.0000是等于0的2阶子式, 010001000是等于0的3阶子式. 7. 从矩阵A 中划去一行得到矩阵B , 问A , B 的秩的关系怎样?解 R (A )≥R (B ).这是因为B 的非零子式必是A 的非零子式, 故A 的秩不会小于B 的秩.8. 求作一个秩是4的方阵, 它的两个行向量是(1, 0, 1, 0, 0), (1, -1, 0, 0, 0).解 用已知向量容易构成一个有4个非零行的5阶下三角矩阵:成都大学诗叶子制作⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-0000001000001010001100001, 此矩阵的秩为4, 其第2行和第3行是已知向量.9. 求下列矩阵的秩, 并求一个最高阶非零子式:(1)⎪⎪⎭⎫⎝⎛---443112112013;解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---443112112013(下一步: r 1↔r 2. )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛---443120131211(下一步: r 2-3r 1, r 3-r 1. )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛----564056401211(下一步: r 3-r 2. )~⎪⎭⎫ ⎝⎛---000056401211, 矩阵的2秩为, 41113-=-是一个最高阶非零子式.(2)⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------815073*********;成都大学诗叶子制作解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------815073*********(下一步: r 1-r 2, r 2-2r 1, r 3-7r 1. )~⎪⎭⎫ ⎝⎛------15273321059117014431(下一步: r 3-3r 2. ) ~⎪⎭⎫ ⎝⎛----0000059117014431, 矩阵的秩是2, 71223-=-是一个最高阶非零子式.(3)⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---02301085235703273812. 解 ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---02301085235703273812(下一步: r 1-2r 4, r 2-2r 4, r 3-3r 4. )~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------023*********63071210(下一步: r 2+3r 1, r 3+2r 1. )~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-0230114000016000071210(下一步: r 2÷16r 4, r 3-16r 2. )成都大学诗叶子制作~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-02301000001000071210 ~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-00000100007121002301, 矩阵的秩为3, 070023085570≠=-是一个最高阶非零子式.10. 设A 、B 都是m ⨯n 矩阵, 证明A ~B 的充分必要条件是R (A )=R (B ).证明 根据定理3, 必要性是成立的.充分性. 设R (A )=R (B ), 则A 与B 的标准形是相同的. 设A 与B 的标准形为D , 则有A ~D , D ~B .由等价关系的传递性, 有A ~B .11. 设⎪⎪⎭⎫⎝⎛----=32321321k k k A , 问k 为何值, 可使(1)R (A )=1; (2)R (A )=2; (3)R (A )=3.解 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=32321321k k k A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-----)2)(1(0011011 ~k k k k k r . (1)当k =1时, R (A )=1; (2)当k =-2且k ≠1时, R (A )=2;成都大学诗叶子制作(3)当k ≠1且k ≠-2时, R (A )=3.12. 求解下列齐次线性方程组:(1)⎪⎩⎪⎨⎧=+++=-++=-++02220202432143214321x x x x x x x x x x x x ;解 对系数矩阵A 进行初等行变换, 有A =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--212211121211~⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---3/410013100101,于是 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==-==4443424134334x x x x x x x x ,故方程组的解为⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛1343344321k x x x x (k 为任意常数).(2)⎪⎩⎪⎨⎧=-++=--+=-++05105036302432143214321x x x x x x x x x x x x ;解 对系数矩阵A 进行初等行变换, 有成都大学诗叶子制作A =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----5110531631121~⎪⎪⎭⎫⎝⎛-000001001021,于是 ⎪⎩⎪⎨⎧===+-=4432242102x x x xx x x x ,故方程组的解为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛10010*********k k x x x x (k 1, k 2为任意常数).(3)⎪⎩⎪⎨⎧=-+-=+-+=-++=+-+07420634072305324321432143214321x x x x x x x x x x x x x x x x ;解 对系数矩阵A 进行初等行变换, 有 A =⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----7421631472135132~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛1000010000100001,于是 ⎪⎩⎪⎨⎧====0004321x x x x ,故方程组的解为。
同济大学出版社线性代数课件(完整版)
0 0
0 0 0 a44
0 0 0 a14
0 D2 0
0 a23 a32 0
0 0
a41 0 0 0
a11 a12 a13 a14
0 D3 0
a22 a23 a24 0 a33 a34
0 0 0 a44
a11 0 0 0
D4
a21 a32
a22 a32
0 a33
0 0
a41 a42 a43 a44
引进记号
a21 a22 a23
原则：行列式
主对角线 a11 a12 a13
a21 a22 a23 a11a22a33 a12a23a31 a13a21a32
副对角线 a31 a32 a33
a13a22a31 a12a21a33 a11a23a32
a11 a12
a1n
D a21 a22
a2n
(1) a a t( p1 p2 pn ) 1 p1 2 p2
p1 p2 pn
anpn
an1 an2 二、annn 阶行简列记式作的det定(a，ij 义)
1. n 阶行列式共有 n! 项．
其中a为ij 行列式D的(i, j)元
2. 每一项都是位于不同行不同列的 n 个元素的乘积．
b1 b2
求解公式为
请观察，此公式有何特点？
x1
x2
b1a22 a11a22 a11b2 a11a22
a12b2 a12a21 b1a21 a12a21
分母相同，由方程组的四个系数确定. 分子、分母都是四个数分成两对相乘再
相减而得.
二元线性方程组
同济版线性代数
同济版线性代数同济版线性代数简介线性代数是现代数学的一个重要分支，研究向量空间、线性变换和矩阵等代数结构以及它们之间的关系。
同济版线性代数是同济大学出版社出版的一本经典教材，被广泛应用于各个高校的线性代数教学中。
1. 线性代数的基本概念同济版线性代数从最基础的概念开始介绍，如向量的定义、线性组合、线性方程组、矩阵等。
通过精心组织的内容，使学生逐步形成对线性代数的整体认识。
2. 向量空间与线性变换向量空间是线性代数中的重要概念，同济版线性代数对其进行了详细讲解。
包括向量空间的定义与性质，子空间的概念以及子空间的判定方法。
此外，线性变换也是线性代数的核心内容之一，同济版线性代数着重介绍了线性变换的定义、性质和实例，帮助学生理解线性变换的本质。
3. 矩阵与行列式矩阵是线性代数中的重要工具，同济版线性代数对矩阵的定义和运算进行了详细讲解。
同时，行列式也是线性代数中重要的概念之一。
同济版线性代数对行列式的性质、求法以及与线性方程组的关系进行了深入的讲解，帮助学生理解行列式在线性代数中的重要性。
4. 特征值与特征向量特征值与特征向量是线性代数中的重要概念，同济版线性代数对特征值与特征向量的定义、性质、求法以及与矩阵的关系进行了详细的讲解。
通过具体的例题和习题，帮助学生掌握计算特征值与特征向量的方法。
5. 内积空间与正交变换内积空间是线性代数中的一个重要概念，同济版线性代数对内积空间的定义、性质以及内积空间的一些特殊性质进行了详细介绍。
同时，正交变换也是内积空间中的重要概念，同济版线性代数通过实例和习题，帮助学生理解和应用正交变换。
总结：同济版线性代数全面系统地介绍了线性代数的基本概念、向量空间、线性变换、矩阵与行列式、特征值与特征向量以及内积空间与正交变换等内容。
它不仅适用于大学的线性代数教学，也可以作为工科、理科等专业相关课程的参考书。
同济版线性代数以其内容完整、深入浅出的特点，深受广大师生的喜爱。
线性代数(同济大学第五版)第五章
十、化二次型为标准形
定理1: 任给可逆矩阵C, 令B=CTAC(A与B为合同 矩阵), 如果A为对称矩阵, 则B也为对称矩阵. 说明1: 若A与B是合同矩阵，则： 1.正(负，零） 特征值的个数相同，2.具有相同的秩. 说明2: 二次型 f 经可逆变换 x=Cy 后, 其秩不变, 但 f 的矩阵由A变为B=CTAC; 用正交变换化二次型为标准形的具体步骤: 1. 将二次型表示成矩阵形式 f = xTAx, 求出A; 2. 求出A的所有特征值1, 2, ·, n ; · · 3. 求出对应特征值i 的正交单位化的特征向量组, 从而有正交规范向量组 1, 2, ·, n ; · · 4. 记P=(1, 2, ·, n ), 作正交变换x=Py, 则得 f 的 · · 标准形: f = 1y12+2y22+·+nyn2 . · ·
十二、正定二次型
如果对任意的 x 0, 都有 f(x)>0, 则称 f 为正定 二次型, 并称对称矩阵A为正定矩阵; 如果对任意的 x 0, 都有 f(x)<0, 则称 f 为负定 二次型, 并称对称矩阵A为负定矩阵. 概念：正惯性指数，负惯性指数 推论: 对称矩阵A为正定的充分必要条件是A的特 征值全为正. 定理3(霍尔维茨定理): (1)对称矩阵A为正定的充 分必要条件是A的各阶主子式为正, 即
七、相似矩阵
P-1AP = B 定理1: 若n阶矩阵A与B相似, 则A与B的特征多项 式相同, 从而A与B的特征值亦相同. 推论: 若n阶方阵A与对角阵=diag(1, 2,·, n ) · · 相似, 则1, 2,·, n 既是A的n个特征值. · · 相似矩阵的性质: 若A与B相似, 则Am与Bm相似(m为正整数). (A)与 (B) 相似 当矩阵A与对角阵=diag(1, 2,·, n )相似时, · · 则 (A)= P()P-1. 而
《线性代数》同济大学第五版-重点难点
线性代数重点、难点
（教材：《线性代数》同济大学第五版）学时：40+8
第一章行列式
重点：n阶行列式的定义、性质与计算. n阶行列式的展开定理. 矩阵秩的概念，特性，求秩的方法.，克拉默法则。
难点：n阶行列式的展开定理，行列式按行列展开，行列式的计算。
第二章矩阵及其运算
重点：矩阵的概念，单位矩阵、对角矩阵、对称矩阵及分块矩阵. 矩阵的线性运算、乘法运算、转置运算，方阵的行列式，逆矩阵。
.
难点：逆矩阵。
第三章矩阵的初等变换与线性方程组
重点：矩阵的初等变换，矩阵秩的概念，求秩的方法；用初等变换的方法求线性方程组的解。
难点：矩阵的初等变换，用初等变换的方法求线性方程组的解。
第四章向量组的线性相关性
重点：向量组的线性相关性及其判定方法；向量组的极大线性无关组及秩的概念；极大线性无关组的求法，线性方程组的解的结构，线性方程组的通解。
难点：向量组的线性相关性及其判定方法，线性方程组的解的结构.
第五章相似矩阵及二次型
重点：.向量的正交性及正交化方法；特征值与特征向量的概念与性质，正交矩
阵、相似矩阵以及矩阵对角化的条件和方法；实对称矩阵的对角化方法；二次型标准化的正交变换法和配方法，二次型的正定性及其判别。
难点：矩阵的对角化方法及二次型标准化的正交变换法。
线性代数同济五版
设A是n阶方阵，如果存在数λ和非零n 维列向量x，使得Ax=λx成立，则称λ是
A的一个特征值。
特征多项式
设A是n阶方阵，则行列式|λE-A|称为 A的特征多项式。
特征向量
对应于特征值λ的非零向量x称为A的 对应于特征值λ的特征向量。
特征方程
特征多项式|λE-A|=0的根称为A的特 征根（或特征值）。
04
CATALOGUE
向量
向量的概念与运算
向量的定义
向量是具有大小和方向的量，常用有向线段 表示。
向量的数乘
实数与向量的乘法满足分配律、结合律和数 乘的消去律。
向量的加法
满足平行四边形法则或三角形法则。
向量的线性运算
向量的加法和数乘统称为向量的线性运算。
向量的线性相关性
线性组合
若干个向量通过线性运算得到的结果向量称为这些向量的 线性组合。
线性相关与线性无关
如果存在不全为零的实数，使得一组向量的线性组合为零 向量，则这组向量称为线性相关；否则称为线性无关。
极大线性无关组
在线性相关的向量组中，如果存在一个部分组是线性无关的，且从向量组中任 意添上一个向量后都变为线性相关，则称该部分组为向量组的一个极大线性无 关组。
向量组的秩
向量组的秩的定义
向量组的极大线性无关组所含向量的个数称为该向量组的秩。
向量组的秩的性质
向量组的秩等于其行秩或列秩；两个等价的向量组具有相同的秩； 若向量组线性无关，则其秩等于向量组中向量的个数。
向量组的秩的计算方法
通过初等行变换将向量组构成的矩阵化为行阶梯形矩阵，行阶梯形 矩阵中非零行的个数即为向量组的秩。
05
CATALOGUE
工程应用
线性代数(同济五版)第五章第三节
04
消元法是通过对方程进行初等变换，将系数矩阵化为 阶梯形矩阵或行最简形矩阵，从而求解方程的方法。
04
矩阵的特征值与特征向量
特征值与特征向量的概念
01
02
03
特征值
设A是n阶方阵，如果存在 数λ和非零n维列向量x， 使得Ax=λx成立，则称λ 是A的一个特征值。
特征向量
对应于特征值λ的非零n维 列向量x称为A的对应于特 征值λ的特征向量。
向量组的线性相关性
线性相关
如果向量组A中存在不全为零的实数k1, k2, ··· , km，使得k1a1 + k2a2 + ··· + kmam = 0，则称向量组A是线性相关的。
线性无关
如果向量组A中不存在不全为零的实数k1, k2, ··· , km，使得k1a1 + k2a2 + ··· + kmam = 0，则称向量组A是线性无关的。
注意事项
在化阶梯形矩阵的过程中，只能实施 行初等变换，不能实施列初等变换。 同时，要确保每一步变换都是可逆的 ，以便在需要时可以恢复出原矩阵。
02
向量组的线性相关性
向量组及其线性组合
向量组
由若干个同维数的列向量（或行向量）所组成的集合叫做向量组。
线性组合
给定向量组A: a1, a2, ··· , am，对于任何一组实数k1, k2, ··· , km，表达式k1a1 + k2a2 + ··· + kmam称为向量组A的一个线性组合。
对于齐次线性方程组，可以通过求解对应齐次方程的 基础解系，再线性组合得到通解。
输标02入题
对于非齐次线性方程组，首先判断其是否有解，若有 解则可通过消元法、克拉默法则等方法求解特解，再 结合对应齐次方程的基础解系得到数个数与方程个数相等的非齐 次线性方程组，通过计算系数矩阵和增广矩阵的行列
线性代数_同济大学(第五版)课件
幻灯片1线性代数（第五版）幻灯片2●在以往的学习中，我们接触过二元、三元等简单的线性方程组.●但是，从许多实践或理论问题里导出的线性方程组常常含有相当多的未知量，并且未知量的个数与方程的个数也不一定相等.幻灯片3●我们先讨论未知量的个数与方程的个数相等的特殊情形.●在讨论这一类线性方程组时，我们引入行列式这个计算工具.幻灯片4●行列式是线性代数的一种工具！●学习行列式主要就是要能计算行列式的值.第一章行列式●内容提要●§1 二阶与三阶行列式●§2 全排列及其逆序数●§3 n 阶行列式的定义●§4 对换●§5 行列式的性质●§6 行列式按行（列）展开§7 克拉默法则●行列式的概念.●（选学内容）●行列式的性质及计算.●——线性方程组的求解.幻灯片5§1 二阶与三阶行列式●我们从最简单的二元线性方程组出发，探●求其求解公式，并设法化简此公式.幻灯片6一、二元线性方程组与二阶行列式●二元线性方程组●由消元法，得●当时，该方程组有唯一解幻灯片7●二元线性方程组●请观察，此公式有何特点？●分母相同，由方程组的四个系数确定.●分子、分母都是四个数分成两对相乘再相减而得.●求解公式为幻灯片8●我们引进新的符号来表示“四个数分成两对相乘再相减”.●二元线性方程组●记号●数表●其求解公式为●表达式称为由该●数表所确定的二阶行列式，即●其中，称为元素.●i 为行标，表明元素位于第i 行；●j 为列标，表明元素位于第j 列.●原则：横行竖列幻灯片9●二阶行列式的计算●——对角线法则●主对角线●副对角线●即：主对角线上两元素之积－副对角线上两元素之积幻灯片10●二元线性方程组●若令●(方程组的系数行列式)●则上述二元线性方程组的解可表示为幻灯片11●求解二元线性方程组●例1●解●因为●所以幻灯片12二、三阶行列式●定义设有9个数排成3行3列的数表●原则：横行竖列●引进记号●主对角线●副对角线●称为三阶行列式.●二阶行列式的对角线法则并不适用！幻灯片13●三阶行列式的计算●——对角线法则●实线上的三个元素的乘积冠正号，●虚线上的三个元素的乘积冠负号.●注意：对角线法则只适用于二阶与三阶行列式.幻灯片14●例2 计算行列式●解●按对角线法则，有幻灯片15●例3 求解方程●方程左端●解●由得幻灯片16§2 全排列及其逆序数幻灯片17●用1、2、3三个数字，可以组成多少个没有重复数字的三位数？●引例● 1 2 3●解● 1● 3● 2●百位●3种放法● 3● 1● 2● 1●2种放法●十位●1种放法● 1● 2● 3●个位●共有●种放法.幻灯片18●问题把 n 个不同的元素排成一列，共有多少种不同的●排法？●定义把 n 个不同的元素排成一列，叫做这 n 个元素的全排列. n 个不同元素的所有排列的种数，通常用Pn 表示.●显然●即n 个不同的元素一共有n! 种不同的排法.● 3个不同的元素一共有3! =6种不同的排法●123，132，213，231，312，321●所有6种不同的排法中，只有一种排法（123）中的数字是按从小到大的自然顺序排列的，而其他排列中都有大的数排在小的数之前.●因此大部分的排列都不是“顺序”，而是“逆序”.幻灯片20●对于n 个不同的元素，可规定各元素之间的标准次序.●n 个不同的自然数，规定从小到大为标准次序.●定义当某两个元素的先后次序与标准次序不同时，●就称这两个元素组成一个逆序.●例如在排列32514中，● 3 2 5 1 4●思考题：还能找到其它逆序吗？●答：2和1，3和1也构成逆序.幻灯片21●定义排列中所有逆序的总数称为此排列的逆序数.●排列的逆序数通常记为 .●奇排列：逆序数为奇数的排列.●偶排列：逆序数为偶数的排列.●思考题：符合标准次序的排列是奇排列还是偶排列？●答：符合标准次序的排列（例如：123）的逆序数等于零，因而是偶排列.幻灯片22●计算排列的逆序数的方法●设是 1, 2, …, n 这n 个自然数的任一排列，并规定由小到大为标准次序.●先看有多少个比大的数排在前面，记为；●再看有多少个比大的数排在前面，记为 ;●最后看有多少个比大的数排在前面，记为 ;●则此排列的逆序数为幻灯片23●例1：●求排列 32514 的逆序数.●解：●练习：●求排列 453162 的逆序数.●解：幻灯片24§3 n 阶行列式的定义幻灯片25一、概念的引入●规律：●三阶行列式共有6项，即3!项．●每一项都是位于不同行不同列的三个元素的乘积．●每一项可以写成（正负号除外），其中●是1、2、3的某个排列.●当是偶排列时，对应的项取正号；当是奇排列时，对应的项取负号.幻灯片26●所以，三阶行列式可以写成●其中表示对1、2、3的所有排列求和.●二阶行列式有类似规律.下面将行列式推广到一般的情形.幻灯片27二、n 阶行列式的定义●简记作，●其中为行列式D的(i, j)元● n 阶行列式共有 n! 项．●每一项都是位于不同行不同列的 n 个元素的乘积．●每一项可以写成（正负号除外），其中●是1, 2, …, n 的某个排列.●当是偶排列时，对应的项取正号；当是奇排列时，对应的项取负号.幻灯片28●思考题：成立吗？●答：符号可以有两种理解：●若理解成绝对值，则；若理解成一阶行列式，则 .●注意：当n = 1时，一阶行列式|a| = a，注意不要与绝对值的记号相混淆. 例如：一阶行列式 .幻灯片29●例：●写出四阶行列式中含有因子的项.●解：●和●例：●计算行列式幻灯片30●解：●其中幻灯片31幻灯片32●四个结论：●(1) 对角行列式●(2)幻灯片33●(3) 上三角形行列式（主对角线下侧元素都为0）●(4) 下三角形行列式（主对角线上侧元素都为0）幻灯片34●思考题：用定义计算行列式●-1●解：用树图分析●3●1●-2●1●-1●2●-2●3●3●-1●故幻灯片35●思考题●已知，求的系数.幻灯片36●解●含的项有两项，即●对应于●故的系数为－1.幻灯片37§4 对换幻灯片38一、对换的定义●定义●在排列中，将任意两个元素对调，其余的元素不动，这种作出新排列的手续叫做对换．●将相邻两个元素对换，叫做相邻对换．●例如幻灯片39●备注●相邻对换是对换的特殊情形.●一般的对换可以通过一系列的相邻对换来实现.如果连续施行两次相同的对换，那么排列就还原了.幻灯片40二、对换与排列奇偶性的关系●定理1 对换改变排列的奇偶性.●证明●先考虑相邻对换的情形．幻灯片41●注意到除外，其它元素的逆序数不改变.幻灯片42●当时，，， .●当时，，， .●因此相邻对换改变排列的奇偶性.幻灯片43●既然相邻对换改变排列的奇偶性，那么●因此，一个排列中的任意两个元素对换，排列的奇偶性改变.●推论●奇排列变成标准排列的对换次数为奇数，●偶排列变成标准排列的对换次数为偶数.●由定理1知，对换的次数就是排列奇偶性的变化次数，而标准排列是偶排列(逆序数为零)，因此可知推论成立.●证明幻灯片44●因为数的乘法是可以交换的，所以 n 个元素相乘的次序是可以任意的，即●每作一次交换，元素的行标与列标所成的排列●与都同时作一次对换，即与同时改变奇偶性，但是这两个排列的逆序数之和的奇偶性不变.幻灯片45●设对换前行标排列的逆序数为，列标排列的逆序数为 .●设经过一次对换后行标排列的逆序数为●列标排列的逆序数为●因为对换改变排列的奇偶性，是奇数，也是奇数.●所以是偶数，●即是偶数.●于是与同时为奇数或同时为偶数.●因此，交换中任意两个元素的位置后，其行标排列与列标排列的逆序数之和的奇偶性不变.幻灯片46●经过一次对换是如此，经过多次对换还是如此. 所以，在一系列对换之后有幻灯片47幻灯片48●例1 试判断和●是否都是六阶行列式中的项.幻灯片49●例2 用行列式的定义计算幻灯片50●解幻灯片51三、小结● 1. 对换改变排列奇偶性．● 2. 行列式的三种表示方法幻灯片52§5 行列式的性质幻灯片53一、行列式的性质●记●行列式称为行列式的转置行列式.●若记，则 .●性质1 行列式与它的转置行列式相等,即 .幻灯片54●性质1 行列式与它的转置行列式相等.●证明●若记，则●根据行列式的定义，有●行列式中行与列具有同等的地位,行列式的性质凡是对行成立的对列也同样成立.幻灯片55●性质2 互换行列式的两行（列）,行列式变号.●备注：交换第行（列）和第行（列），记作 .●验证●于是●推论如果行列式有两行（列）完全相同，则此行列式为零.●证明●互换相同的两行，有，所以 .幻灯片56●性质3 行列式的某一行（列）中所有的元素都乘以同一个倍数，等于用数乘以此行列式.●备注：第行（列）乘以，记作 .●验证●我们以三阶行列式为例. 记●根据三阶行列式的对角线法则，有幻灯片57●推论行列式的某一行（列）中所有元素的公因子可以提到行列式符号的外面．●备注：第行（列）提出公因子，记作 .幻灯片58●性质4 行列式中如果有两行（列）元素成比例，则此行列式为零．●验证●我们以4阶行列式为例.幻灯片59●性质5 若行列式的某一列（行）的元素都是两数之和,●例如：●则幻灯片60●验证●我们以三阶行列式为例.幻灯片61●性质6 把行列式的某一列（行）的各元素乘以同一个倍数然后加到另一列(行)对应的元素上去，行列式不变．●备注：以数乘第行（列）加到第行（列）上，记作 .●验证●我们以三阶行列式为例. 记●则幻灯片62二、应用举例●计算行列式常用方法：利用运算把行列式化为●上三角形行列式，从而算得行列式的值．●例１幻灯片63●解幻灯片64幻灯片65幻灯片66幻灯片67幻灯片68●解幻灯片69幻灯片70●例3 设●证明幻灯片71●证明●对作运算，把化为下三角形行列式●设为●对作运算，把化为下三角形行列式●设为幻灯片72●对 D 的前 k 行作运算，再对后 n 列作运算，●把 D 化为下三角形行列式●故幻灯片73三、小结● (行列式中行与列具有同等的地位, 凡是对行成立的性质对列也同样成立).●行列式的6个性质●计算行列式常用方法：(1)利用定义;(2)利用性质把行列式化为上三角形行列式，从而算得行列式的值．幻灯片74●思考题●计算4阶行列式幻灯片75●思考题解答●解幻灯片76幻灯片77§6 行列式按行(列)展开●对角线法则只适用于二阶与三阶行列式.●本节主要考虑如何用低阶行列式来表示高阶行列式.幻灯片78一、引言●结论三阶行列式可以用二阶行列式表示.●思考题任意一个行列式是否都可以用较低阶的行列式表示？幻灯片79●在n 阶行列式中，把元素所在的第行和第列划后，留下来的n－1阶行列式叫做元素的余子式，记作 .●把称为元素的代数余子式．●例如●结论因为行标和列标可唯一标识行列式的元素，所以行列●式中每一个元素都分别对应着一个余子式和一个代数余子式.幻灯片80●引理一个n 阶行列式，如果其中第行所有元素除●外都为零，那么这行列式等于与它的代数余子式的乘积，即．●例如幻灯片81●当位于第1行第1列时,●分析●即有●（根据P.14例10的结论）●又●从而●下面再讨论一般情形.幻灯片82●我们以4阶行列式为例.●思考题：能否以代替上述两次行变换？幻灯片83●思考题：能否以代替上述两次行变换？●答：不能.幻灯片84●被调换到第1行，第1列幻灯片85二、行列式按行（列）展开法则●定理3 行列式等于它的任一行（列）的各元素与其对应的代数余子式乘积之和，即幻灯片86●同理可得幻灯片87●例（P.12例7续）幻灯片88●例证明范德蒙德(Vandermonde)行列式●证明用数学归纳法●所以n=2时(1)式成立.幻灯片89●假设(1)对于n－1阶范德蒙行列式成立，从第n行开始，后行●减去前行的倍：●按照第1列展开，并提出每列的公因子，就有幻灯片90● n−1阶范德蒙德行列式幻灯片91●推论行列式任一行（列）的元素与另一行（列）的对应元素的代数余子式乘积之和等于零，即●分析我们以3阶行列式为例.●把第1行的元素换成第2行的对应元素，则幻灯片92●定理3 行列式等于它的任一行（列）的各元素与其对应的代数余子式乘积之和，即●推论行列式任一行（列）的元素与另一行（列）的对应元素的代数余子式乘积之和等于零，即●综上所述，有●同理可得幻灯片93●例计算行列式●解幻灯片94幻灯片95●例设 , 的元的余子式和●代数余子式依次记作和，求●及●分析利用幻灯片96●解幻灯片97幻灯片98§7 克拉默法则幻灯片99●二元线性方程组●若令●(方程组的系数行列式)●则上述二元线性方程组的解可表示为幻灯片100一、克拉默法则●如果线性方程组●的系数行列式不等于零，即幻灯片101●那么线性方程组(1)有解并且解是唯一的，解可以表示成●其中是把系数行列式中第列的元素用方程组右端的常数项代替后所得到的阶行列式，即幻灯片102●定理中包含着三个结论：●方程组有解；（解的存在性）●解是唯一的；（解的唯一性）●解可以由公式(2)给出.●这三个结论是有联系的. 应该注意，该定理所讨论的只是系数行列式不为零的方程组，至于系数行列式等于零的情形，将在第三章的一般情形中一并讨论.幻灯片103关于克拉默法则的等价命题●设●定理4 如果线性方程组(1)的系数行列式不等于零，则该线性方程组一定有解,而且解是唯一的 .●定理4′如果线性方程组无解或有两个不同的解，则它的系数行列式必为零.幻灯片104●例解线性方程组●解幻灯片105幻灯片106幻灯片107●线性方程组●常数项全为零的线性方程组称为齐次线性方程组，否则称为非齐次线性方程组.●齐次线性方程组总是有解的，因为(0,0,…, 0)就是一个解，称为零解. 因此，齐次线性方程组一定有零解，但不一定有非零解.●我们关心的问题是，齐次线性方程组除零解以外是否存在着非零解.幻灯片108●齐次线性方程组的相关定理●定理5 如果齐次线性方程组的系数行列式，则齐次●线性方程组只有零解，没有非零解.●定理5′如果齐次线性方程组有非零解,则它的系数行列式必为零.●备注●这两个结论说明系数行列式等于零是齐次线性方程组有非零解的必要条件.●在第三章还将证明这个条件也是充分的. 即：齐次线性方程组有非零解系数行列式等于零幻灯片109●练习题：问取何值时，齐次方程组●有非零解？●解●如果齐次方程组有非零解，则必有 .●所以时齐次方程组有非零解.幻灯片110●思考题●当线性方程组的系数行列式为零时，能否用克拉默法则解方程组？为什么？此时方程组的解为何？●答：当线性方程组的系数行列式为零时，不能用克拉默法●则解方程组，因为此时方程组的解为无解或有无穷多解.幻灯片111三、小结● 1. 用克拉默法则解线性方程组的两个条件●(1)方程个数等于未知量个数；●(2)系数行列式不等于零.● 2. 克拉默法则的意义主要在于建立了线性方程组的解●和已知的系数以及常数项之间的关系．它主要适用于●理论推导．幻灯片112第二章矩阵及其运算幻灯片113§1 矩阵●一、矩阵概念的引入●二、矩阵的定义●三、特殊的矩阵●四、矩阵与线性变换幻灯片114● B一、矩阵概念的引入● C● A●例某航空公司在A、B、C、D 四座城市之间开辟了若干航线，四座城市之间的航班图如图所示，箭头从始发地指向目的地.● D●城市间的航班图情况常用表格来表示:●√●√幻灯片115● A B C D●√●√● A● B● C● D●√●√●√●√●√●为了便于计算，把表中的√改成1，空白地方填上0，就得到一个数表：●这个数表反映了四个城市之间交通联接的情况.幻灯片116二、矩阵的定义●由 m×n 个数排成的 m 行 n 列的数表●称为 m 行 n 列矩阵，简称 m×n 矩阵．●记作幻灯片117●简记为●这 m×n 个数称为矩阵A的元素，简称为元.●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.幻灯片118矩阵行列式●行数不等于列数●共有m×n个元素●本质上就是一个数表●行数等于列数●共有n2个元素幻灯片119●三、特殊的矩阵●行数与列数都等于 n 的矩阵，称为 n 阶方阵．可记作 .●只有一行的矩阵称为行矩阵(或行向量) .●●只有一列的矩阵称为列矩阵(或列向量) .元素全是零的矩阵称为零距阵．可记作 O .●例如：幻灯片120●形如的方阵称为对角阵．●特别的，方阵称为单位阵．●记作●记作．幻灯片121●同型矩阵与矩阵相等的概念●两个矩阵的行数相等、列数相等时，称为同型矩阵.●例如●为同型矩阵.●两个矩阵与为同型矩阵，并且对应元●素相等，即则称矩阵 A 与 B 相等，记作 A = B .幻灯片122●例如●注意：不同型的零矩阵是不相等的.幻灯片123●四、矩阵与线性变换● n 个变量与 m 个变量之间的●关系式●表示一个从变量到变量线性变换，●其中为常数.幻灯片124●系数矩阵●线性变换与矩阵之间存在着一一对应关系.幻灯片125●例线性变换●称为恒等变换.●单位阵 En幻灯片126●例 2阶方阵●投影变换●例2阶方阵●以原点为中心逆时针●旋转j 角的旋转变换幻灯片127§2 矩阵的运算幻灯片128●一、矩阵的加法●定义：设有两个 m×n 矩阵 A = (aij)，B = (bij) ，那么矩阵 A 与 B 的和记作 A＋B，规定为●说明：只有当两个矩阵是同型矩阵时，才能进行加法运算.幻灯片129●知识点比较幻灯片130●矩阵加法的运算规律●设 A、B、C 是同型矩阵设矩阵 A = (aij) ，记－A = (－aij)，称为矩阵 A 的负矩阵．显然幻灯片131●二、数与矩阵相乘●定义：数 l 与矩阵 A 的乘积记作 l A 或 A l ，规定为幻灯片132●数乘矩阵的运算规律设 A、B是同型矩阵，l , m 是数矩阵相加与数乘矩阵合起来，统称为矩阵的线性运算.幻灯片133●知识点比较幻灯片134●一、矩阵与矩阵相乘●定义：设，，那么规定矩阵 A 与矩阵 B 的乘积是一个 m×n 矩阵，其中●并把此乘积记作 C = AB．幻灯片135●矩阵乘法的运算规律●(1) 乘法结合律●(2) 数乘和乘法的结合律（其中 l 是数）●(3) 乘法对加法的分配律●(4) 单位矩阵在矩阵乘法中的作用类似于数1，即●纯量阵不同于对角阵●推论：矩阵乘法不一定满足交换律，但是纯量阵 lE 与任何同阶方阵都是可交换的.幻灯片136●(5) 矩阵的幂若 A 是 n 阶方阵，定义●显然●思考：下列等式在什么时候成立？●A、B可交换时成立幻灯片137●四、矩阵的转置●定义：把矩阵 A 的行换成同序数的列得到的新矩阵，叫做的转置矩阵，记作AT .●例幻灯片138●转置矩阵的运算性质幻灯片139●解法2幻灯片140●定义：设 A 为 n 阶方阵，如果满足，即●那么 A 称为对称阵.●如果满足 A = －AT，那么 A 称为反对称阵.●对称阵●反对称阵幻灯片141●例：设列矩阵 X = ( x1, x2, …, xn )T 满足 X T X = 1，E 为 n 阶单位阵，H = E－2XXT，试证明 H 是对称阵，且 HHT = E.●证明：●从而 H 是对称阵．幻灯片142●五、方阵的行列式●定义：由 n 阶方阵的元素所构成的行列式，叫做方阵 A 的行列式，记作|A|或detA.●运算性质幻灯片143●定义：行列式 |A| 的各个元素的代数余子式 Aij 所构成的如下矩阵●称为矩阵 A 的伴随矩阵.●性质幻灯片144●六、共轭矩阵●当为复矩阵时，用表示的共轭复数，记，称为的共轭矩阵.●运算性质●（设A，B 为复矩阵，l 为复数，且运算都是可行的）：幻灯片145§3 逆矩阵幻灯片146●矩阵与复数相仿，有加、减、乘三种运算.●矩阵的乘法是否也和复数一样有逆运算呢？●这就是本节所要讨论的问题.●这一节所讨论的矩阵，如不特别说明，所指的都是 n 阶方阵.●从乘法的角度来看，n 阶单位矩阵 E 在同阶方阵中的地位类似于 1 在复数中的地位．一个复数 a ≠ 0的倒数 a－1可以用等式 a a－1 = 1 来刻划. 类似地，我们引入幻灯片147●定义： n 阶方阵 A 称为可逆的，如果有 n 阶方阵 B，使得●这里 E 是 n 阶单位矩阵.●根据矩阵的乘法法则，只有方阵才能满足上述等式.●对于任意的 n 阶方阵 A，适合上述等式的矩阵 B 是唯一的（如果有的话）.●定义：如果矩阵 B 满足上述等式，那么 B 就称为 A 的逆矩阵，●记作 A－1 .幻灯片148●下面要解决的问题是：●在什么条件下，方阵 A 是可逆的？如果 A 可逆，怎样求 A－1 ？幻灯片149●结论：，其中幻灯片150●例：求3阶方阵的逆矩阵.●解：| A | = 1，幻灯片151●方阵A可逆●此时，称矩阵A为非奇异矩阵●定理：若方阵A可逆，则．幻灯片152●推论：如果 n 阶方阵A、B可逆，那么、、●与AB也可逆，且幻灯片153●线性变换●的系数矩阵是一个n 阶方阵 A ，若记●则上述线性变换可记作 Y = AX .幻灯片154§4 矩阵分块法幻灯片155前言●由于某些条件的限制，我们经常会遇到大型文件无法上传的情况，如何解决这个问题呢?●这时我们可以借助WINRAR把文件分块，依次上传.●家具的拆卸与装配●问题一：什么是矩阵分块法？问题二：为什么提出矩阵分块法？幻灯片156问题一：什么是矩阵分块法？定义：用一些横线和竖线将矩阵分成若干个小块，这种操作称为对矩阵进行分块；每一个小块称为矩阵的子块；矩阵分块后，以子块为元素的形式上的矩阵称为分块矩阵.●这是2阶方阵吗？幻灯片157思考题伴随矩阵是分块矩阵吗？答：不是．伴随矩阵的元素是代数余子式（一个数），而不是矩阵．幻灯片158问题二：为什么提出矩阵分块法？答：对于行数和列数较高的矩阵 A，运算时采用分块法，可以使大矩阵的运算化成小矩阵的运算，体现了化整为零的思想.幻灯片159分块矩阵的加法幻灯片160●若矩阵A、B是同型矩阵，且采用相同的分块法，即●则有●形式上看成是普通矩阵的加法！幻灯片161分块矩阵的数乘幻灯片162●若l 是数，且●则有●形式上看成是普通的数乘运算！幻灯片163分块矩阵的乘法●一般地，设A为m l 矩阵，B为l n矩阵，把A、B 分块如下：幻灯片164按行分块以及按列分块m n 矩阵A 有m 行n 列，若将第i 行记作若将第j 列记作则幻灯片165于是设 A 为 m s 矩阵，B 为 s n 矩阵，若把 A 按行分块，把 B 按列块，则幻灯片166分块矩阵的转置若，则例如：●分块矩阵不仅形式上进行转置，●而且每一个子块也进行转置．幻灯片167分块对角矩阵●定义：设 A 是 n 阶矩阵，若● A 的分块矩阵只有在对角线上有非零子块，●其余子块都为零矩阵，●对角线上的子块都是方阵，●那么称 A 为分块对角矩阵．例如：幻灯片168分块对角矩阵的性质●| A | = | A1 | | A2 | … | As |●若| As | ≠0，则 | A | ≠0，并且幻灯片169第三章矩阵的初等变换与线性方程组幻灯片170知识点回顾：克拉默法则●设●结论 1 如果线性方程组(1)的系数行列式不等于零，则该线性方程组一定有解,而且解是唯一的.（P. 24定理4）●结论 1′如果线性方程组无解或有两个不同的解，则它的系数行列式必为零. （P.24定理4'）●线性方程组的解受哪些因素的影响？●用克拉默法则解线性方程组的两个条件：●(1) 方程个数等于未知量个数；●(2) 系数行列式不等于零.幻灯片171§1 矩阵的初等变换●一、初等变换的概念●二、矩阵之间的等价关系●三、初等变换与矩阵乘法的关系●四、初等变换的应用幻灯片172一、矩阵的初等变换●引例：求解线性方程组幻灯片173●③÷2幻灯片174●②－③●③－2×①●④－3×①幻灯片175●②÷2●③＋5×②●④－3×②幻灯片176●④－2×③幻灯片177●①●②●③●恒等式●④●取x3 为自由变量，则●令x3 = c ，则幻灯片178●三种变换：●交换方程的次序，记作；●以非零常数 k 乘某个方程，记作；●一个方程加上另一个方程的 k 倍，记作 .●结论：●由于对原线性方程组施行的变换是可逆变换，因此变换前后的方程组同解.在上述变换过程中，实际上只对方程组的系数和常数进行运算，未知数并未参与运算．●其逆变换是：幻灯片179●定义：下列三种变换称为矩阵的初等行变换：●对调两行，记作；●以非零常数 k 乘某一行的所有元素，记作；●某一行加上另一行的 k 倍，记作 .●其逆变换是：●初等行变换。
- 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、"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、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)。
《线性代数》课程教学大纲
英文名称：Linear algebra
课程编码：0
总学时：40 学分：2.5
适用对象：本科各理工科专业
先修课程：高等数学
大纲主撰人：万冰蓉大纲审核人：
一、课程性质、目的和任务
1、本课程是本科各理工科专业的一门学科基础课。
线性问题广泛存在于科学技术的各个领域，而某些非线性问题在一定条件下，可转化为线性问题，因此本课程所介绍的方法广泛适用于各个学科。
2、目的是使学生掌握该课程的基本理论与方法，培养逻辑推理能力，抽象思维能力，计算能力和解决实际问题的能力，并为学习相关课程及进一步扩大数学知识面奠定必要的基础。
二、教学内容及要求
本课程内容按教学要求的不同分两个层次；对较高要求的必须使学生深入理解，牢固掌握，熟练应用的概念理论用“理解”一词表述，方法、运算用“掌握”一词表述；对教学中必不可少的，但在要求上低于前者的概念、理论用“了解”一词表述，方法、运算用“会”或“了解”表述。
第1章：行列式
授课学时：6
基本要求：
1-1掌握二阶与三阶行列式的定义。
1-2了解全排列与逆序数。
1-3了解n阶行列式的概念。
1-4掌握行列式的性质，并会应用行列式的性质计算行列式。
1-5会用行列式按行（列）展开定理计算行列式。
1-6会用克莱姆（Cramer）法则。
重点：利用行列式的性质及行列式按行（列）展开定理计算行列式。
难点：n阶行列式的概念，利用行列式的性质及行列式按行（列）展开定理计算行列式。
作业：课本32页，3，4（4），5（2）、（4）、（5），6，7（3）、（4）、（6），8（1），9
第2章：矩阵及其运算
授课学时：6
基本要求：
2-1理解矩阵概念，了解单位矩阵，对角矩阵，对称矩阵及其性质；
2-2掌握矩阵的线性运算、乘法、转置、方阵的行列式及其运算规律。
2-3理解逆矩阵的概念、逆矩阵存在的条件，会用伴随矩阵求矩阵的逆。
2-4了解分块矩阵及其运算。
重点：矩阵的乘法、逆矩阵的定义及伴随矩阵算法。
难点：矩阵的乘法，分块矩阵的乘法。
作业：课本66页，2，3，5，6，8，9，10，11（4）、（6），12（3），13（2），16，18，19，20
第3章：矩阵的初等变换与线性方程组
授课学时：6
基本要求：
3-1掌握矩阵的初等变换，会用矩阵的初等行变换解线性方程组，了解初等矩阵的性质，掌握用初等变换求逆矩阵的方法。
3-2理解矩阵的秩的概念，掌握用初等变换求矩阵的秩的方法，了解矩阵的秩的性质。
3-3理解齐次线性方程有非零解的充分必要条件及非齐次线性方程有解的充分必分条件。
重点：求线性方程组通解的方法，矩阵的秩的概念和求逆矩阵的初等变换方法，线性方程组的相容性定理。
难点：矩阵的秩的概念，初等矩阵与矩阵的初等变换的关系，线性方程组的相容性定理。
作业：课本92页，2，3，4，5（1），6（1），7（1）、（3），8，10，11（1），12（2）
第4章：向量的线性相关性
授课学时：8
基本要求：
4-1理解n维向量的概念，向量的线性组合与线性表示，会用矩阵的秩判断向量的线性表示关系。
4-2理解向量组线性相关、线性无关的定义，会用矩阵的秩判别向量组的线性相关性，了解
有关向量组线性相关、线性无关的重要结论。
4-3了解向量组的最大无关组与向量组的秩的概念，会求最大无关组。
4-4理解齐次线性方程组的基础解系、解空间的概念，会求齐次线性方程组的基础解系及通解，理解非齐次线性方程组的解的结构。
4-5了解n维向量空间、子空间、基底、维数、坐标等概念。
重点：向量的线性组合与线性表示，向量组的线性相关性，最大无关组的概念，齐次线性方程组的基础解系，线性方程组的解的结构及通解的概念。
难点：线性表示、线性相关性的判别，向量组的最大无关组与向量组的秩的概念， n维向量空间、子空间、基底、维数、坐标等概念。
作业：课本127页，3（3），4，5，6（2），7（2），8，9，11，13，15，16，17（2），20，21，23（1），23，26
第5章：相似矩阵及二次型
授课学时：14
基本要求：
5-1了解内积与正交的概念，掌握把线性无关的向量组正交规范化的施密特（Schmidt）方法，了解标准正交基、正交矩阵的概念及性质。
5-2理解矩阵的特征值与特征向量的概念，会求矩阵的特征值与特征向量，了解矩阵的特征值与特征向量的性质。
5-3理解相似矩阵的概念、性质及矩阵对角化的充要条件，掌握用相似变换化矩阵为对角矩阵的方法。
5-4了解实对称矩阵的特征值和特征向量的性质，掌握化实对称矩阵正交相似于对角矩阵的方法.
5-5掌握二次型及其矩阵表示，了解二次型的秩的概念，了解二次型的标准型、规范形的概念，会用正交变换法化二次型为标准形。
5-6了解配方法化标准形的方法。
5-7理解正定二次型与正定矩阵的概念，并掌握其判别法。
重点：线性无关的向量组正交规范化的施密特（Schmidt）方法，正交矩阵的概念及性质，矩阵的特征值与特征向量，矩阵相似的定义及性质，矩阵的对角化方法，实对称矩阵的正交对角化方法，二次型及其矩阵表示，正交变换法化二次型为标准形。
难点：线性无关的向量组正交规范化的施密特（Schmidt）方法，矩阵的特征值与特征向量，
矩阵对角化的充要条件，二次型的正定性及其判别法。
作业：课本161页，１（2），2（1），3，4（3），5，6，7，8，9（1），10（1），11（2），12（1），14（1），16
三、学时分配
课程总学时为40，其中理论学时40，实验学时0。
四、推荐教材及参考书
教材：同济大学数学教研室编，《工程数学--线性代数》，高等教育出版社（北京），1996年6月第三版，ISBN7-04-006987-3
参考书：周泰文，王家宝，贺伟奇编著，《线性代数—全程导学》（同济•线性代数），湖南科学技术出版社（长沙），2002年22月第１版，ISBN7-5357-3573-8/O.206
五、课程考核
课程成绩中平时成绩占30%（含作业、纪律、课堂表现等），期末考试成绩占70%。
期末考试为笔试。