线性代数例题讲解学习

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线性代数(同济大学第五版)二次型讲义、例题

第六章二次型本章主要包括二次型的矩阵及其矩阵,化二次型为标准型和规范形,二次型及实对称矩阵的正定性问题,学习本章内容需要结合矩阵的特征值与特征向量的相关知识.§1 二次型及其矩阵一、二次型及其矩阵定义1 关于n 个变量n x x x ,,,21 的二次齐次函数+++= 2222211121),,,(x a x a x x x f n n n n n n nn x x a x x a x x a x a 1,1313121122222--++++ (1)若取ji ij a a =,则i j ji j i ij j i ij x x a x x a x x a +=2于是(1)式可写成j i nj i ij n x x a x x x f ∑==1,21),,,( (2)称为n 元二次型,所有系数均为实数的二次型称为实二次型.记,212222111211⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=nn n n n n a a a a a a a a a A ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=n x x x x21 则二次型),,,(21n x x x f 又表示为Ax x x x x f T n =),,,(21 ,其中A 为对称矩阵,叫做二次型 ),,,(21n x x x f 的矩阵,也把),,,(21n x x x f 叫做对称矩阵A 的二次型.对称矩阵A 的秩,叫做二次型Ax x x x x f T n =),,,(21 的秩. 例1 写出二次型32312123222132184422),,(x x x x x x x x x x x x f ++---=的矩阵，并求出二次型的秩.解写出二次型所对应的对称矩阵为A ,⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=242422221A因为二次型的秩就是对称矩阵A 的秩.⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=14002202214~6808602212~224242222123321312r r r r r r r r A ∴二次型的秩为3.§2 化二次型为标准型一、二次型合同矩阵二次型),,,(21n x x x f 经过可逆的线性变换⎪⎩⎪⎨⎧+++=+++=+++=nnn n n n nn n n y c y c y c x y c y c y c x y c y c y c x 22112222121212121111 (3) 即用(3)代入(1),还是变成二次型. 那么新二次型的矩阵与原二次型的矩阵A 的关系是什么？可逆线性变换 (3),记作Cy x =,其中矩阵)(ij c C =,把可逆的线性变换Cy x =代入二次型Ax x x x x f T n =),,,(21 ,得二次型ACy C y Cy A Cy Ax x x x x f T T T T n ===)()(),,,(21定义 1 两个同阶方阵A B 、,若存在可逆矩阵C ,使B AC C T=,则称矩阵A B 、合同.若A 为对称矩阵,C 为可逆矩阵,且B AC C T=.则B 亦为对称矩阵,且).()(A r B r =证因为A 是对称矩阵, 即A A T=,所以B AC C C A C AC C B T T T T T T T T ====)()(即B 为对称矩阵. 因为AC C B T =,所以)()()(A r AC r B r ≤≤.因为11)(--=BC C A T ,所以)()()(1B r BC r A r ≤≤-, 故得).()(B r A r = 主要问题：求可逆的线性变换⎪⎩⎪⎨⎧+++=+++=+++=nnn n n n nn n n y c y c y c x y c y c y c x y c y c y c x 22112222121212121111 (3) 将二次型(1)化为只含平方项,即用(3)代入(1),能使222221121),,,(nn n y k y k y k x x x f +++= (4) 称(4)为二次型的标准形.也就是说,已知对称矩阵A ,求一个可逆矩阵C 使Λ=AC C T为对角矩阵.定理2 任意二次型j inj i ij x x af ∑==1,)(ji ij a a =,总有正交变换Py x =,使f 化为标准形2222211nn y y y f λλλ+++= ,其中n λλλ,,,21 是f 的矩阵)(ij a A =的特征值.推论任给n 元二次型Ax x x f T=)(,总有可逆变换Cz x =使)(Cz f 为规范形.二、二次型的合同标准形1、拉格朗日配方法化二次型成标准型(1) 对有完全平方的二次型,每一次配方都应将某个变量的平方项以及涉及这一变量的所有混合项配成完全平方,而使得这个完全平方式的外面不再出现这个变量.然后对剩下的不是完全平方的部分再按照此处理,直到全部配成完全平方为止,这样做,是为了保证所得的线性变换是非异的.如果不这样做,最后就需要检验所得的线性变换是否非异.例2 用配方法化二此型32312123222132182292),,(x x x x x x x x x x x x f +++++=为标准形.解由于f 中含变量型1x 的平方项，故把含1x 的项归并起来，配方可得32312123222182292x x x x x x x x x f +++++=322322232168)(x x x x x x x +++++=上式右端除第一项外已不再含1x .继续配方，可得232322321)3()(x x x x x x f -++++= 令⎪⎩⎪⎨⎧=+=++=3332232113x y x x y x x x y 即⎪⎩⎪⎨⎧=-=+-=33322321132y x y y x y y y x 就把f 化成标准形（规范形）,232221y y y f -+=所用的变换矩阵为).0(100310211≠⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=C C(2) 如果所给的二次型全由混合项组成,而没有平方项,例如133221321),,(x x x x x x x x x f ++=,则需要先做类似于⎪⎩⎪⎨⎧=-=+=33212211y x y y x y y x 之类的非异线性变换,使变换后的二次型由平方项,再按(1)处理.二次型经非异线性变换化为标准型后,还可以再作非异线性变换,化为标准形.例3化二次型3231212x x x x x x f -+=成标准型，并求所用的变换矩阵.解由于所给二次型中无平方项，所以令 ⎪⎩⎪⎨⎧=+=-=33212211yx y y x y y x 即⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛321321100011011y y y x x x 代入3231212x x x x x x f -+=得323122213y y y y y y f ++-=在配方,得.2)23()21(23232231y y y y y f +--+= 令⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=+=-=⇒⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=-=+=333223113332231123212321z y z z y z z y y z y y z y y z即.10023102101321321⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛z z z y y y得2322212z z z f +-= 所用变换矩阵为.10011121110023102101100011011⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=C )02(≠=C2、正交变换化二次型成标准型寻求正交变换,化二次型为标准型,其步骤如下： (1) 写出二次型的矩阵A ,求0-=A E λ的所有相异的根n λλλ,,,21 (n s ≤,n 为A 的阶数)；(2) 对每个i λ(s ,,2,1 =i )求齐次线性方程组0)(=-x A E i λ的基础解系.如果i λ,基础解系只含1个解向量,则单位化.如果i λ,基础解系含有多于1个的解向量,则规范化,这样,总共得到n 个两两正交的单位向量.(3) 以所得的n 个两两正交的列向量得到矩阵P ,则P 为正交矩阵,正交变换Py x =化二次型Ax x T为标准形y y TΛ为对角阵,主对角线上第i ),,2,1(n i =个元素是P 的第i 个列向量所对应的特征值(k 重特征值出现k 次).经正交变换得到的标准形后,还可以再作非异的线性变换将标准后,还可以再作非异的线性变换将标准形化为规范形.但这一变换已不再是正交变换了.换言之,经正交变换,二次型一定可以化为标准型,但未必能化规范形.例4求一个正交变换Py x =，化二次型32312123222132184422),,(x x x x x x x x x x x x f ++---=为标准形.解 (1)写出二次型f 矩阵⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=242422221A (2) 求矩阵A 的特征值,写出特征多项式λλλλλλλλλλ------=-------=-------204622412204222212424222212)2)(7(6241)2(λλλλλ-+-=------=故特征值为2,7321==-=λλλ(3) 求矩阵A 的特征值所对应的特征向量 ①当71-=λ时, 解方程0)7(=+x E A ,由⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+0001102101~5424522287r E A 得基础解系⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2211ξ.②当232==λλ时, 解方程0)2(=-x E A ,由⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----=-000000221~4424422212r E A得基础解系⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=102,01232ξξ.(4) 将32,ξξ正交化：取22ξη=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-=5425101254102],[],[2223233ηηηξηξη(5) 将321,,ηηξ单位化,得,22131111⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-==ξξp ,01251222⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-==ηηp .542531333⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==ηηp(5) 可得正交矩阵P.53503253451325325231),,(321⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--==p p p P 若令Py x =则Ax x x x x x x x x x x x x x f T =++---=32312123222132184422),,(233222211y y y APy P y T T λλλ++== 2322212271y y y ++-= 注用正交变换法化二次型成标准型后,其平方项的系数就是矩阵A的特征值.而变换矩阵的各列,分别是这些特征值对应的规范正交的特征向量.例 5 已知,1001110101⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=a a A 二次型x A A x x x x f T T )(),,(321=的秩为2.(1) 求实数a 的值.(2) 求正交变换Qy x =将f 化为标准型. 解(1),3111101021001110101111010010122⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛+---+-=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=a a a a a a a a a a A A T x A A x T T )( 秩为22)()(==∴A r A A r T可得 1-=a .(2) 令⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛==422220202B A A T由0)6)(2(422220202=--=-------=-λλλλλλλE B解之得.6,2,0321===λλλ① 当01=λ时,由0)0(=⋅-x E B ,可解得特征值为⎪⎪⎭⎫⎝⎛=11-1-1ξ.②当22=λ时,由0)2(=⋅-x E B ,可解得特征值为⎪⎪⎭⎫⎝⎛=011-2ξ.③当63=λ时,由0)6(=⋅-x E B ,可解得特征值为⎪⎪⎭⎫⎝⎛=2113ξ.将321,,ξξξ单位化,得⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==211613,011-212,11-1-313322111ξξξξξξr r r令⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--==6203161210612131),,(321r r r Q . 则Qy x =时,可得标准型232262y y Bx x f T +==. 例6 设二次型2221231231323(,,)(1)22f x x x ax ax a x x x x x =++-+-,若二次型f 的规范形为2212y y +,求a 的值. 解若二次型f 的规范形为2212y y +,说明f 两个特征值为正,一个为0.当2=a 时,三个特征值为 0,2,3,这时,二次型的规范形为2212y y +.§3 二次型及实对称矩阵的正定性二次型的标准形不是唯一的.标准形中所含项数是确定的(即是二次型的秩).限定变换为实变换时,标准形中正系数的个数是不变的.一、惯性定理定理3(惯性定理) 设有实二次型Ax x f T =它的秩是r ,有两个实的可逆变换Cy x =与Pz x =.使)0(,2222211≠+++i r r k y k y k y k 及,2222211r r y z z z +++ λλ)0(≠i λ则r k k k ,,,21 中正数的个数与r λλλ,,,21 中正数的个数相等. 正数的个数称为正惯性指数,负数的个数称为负惯性指数.例7 二次型,2223),,(323121232221321x x x x x x x x x x x x f +++++=求f 的正惯性指数.解：方法一：3231212322213212223),,(x x x x x x x x x x x x f +++++= 2223212)(x x x x +++= 令⎪⎩⎪⎨⎧==++=33223211xy x y x x x y , 则22212y y f +=.故f 的正惯性指数为2.方法二：f 的正惯性指数为所对应矩阵特征值正数的个数,由于二次型f 对应矩阵.111131111⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=A所以λλλλλλλλλλλ---=---=---=-211231001111310111131111E A λλλ---=2112310)4)(1(2123---=---=λλλλλλ=0 故4,1,0321===λλλ.故f 的正惯性指数为2. 二、正定性的判别定义10 设有实二次型Ax x f T=如果对于任何0≠x ,都有0)(>x f ,(显然0)0(=f ),则称f 为正定二次型,并称对称阵A 是正定的.记作0>A ；如果对任何0≠x ,都有0)(<x f ,则称f 为负定二次型,并称对称阵A 是负定的,记作0<A .定理4 实二次型Ax x f T=为正定的充分必要条件是:它的标准形的n 个系数全为正,即f 的正惯性指数为n .证设可逆变换Cy x =使21)()(ini i yk Cy f x f ∑===.先证充分性：设0>i k ),,2,1(n i =,任给0≠x ,故.0)(21>=∑=i ni i y k x f再证必要性: 用反证法,假设有0≤s k ,则当s e y =(单位坐标向量)时,0)(≤=s s k Ce f ,显然0≠s Ce 这与假设f 正定矛盾,故.0>i k推论对称阵A 为正定的充分必要条件是: A 的特征值全为正.定理5 对称阵A 为正定的充分必要条件是：A 的各阶主子式都为正.即011>a ,022211211>a a a a,01111>nnn na a a a ; 对称阵A 为负定的充分必要条件是:奇数阶主子式为负,而偶数阶主子式为正.即，0)1(1111>-nrn rra a a a ),,2,1(n r =.这个定理称为霍尔维兹定理.注：对于二次型,除了有正定和负定以外,还有半正定和半负定及不定二次型等概念.例8设实二次型312322212x cx ax bx ax f +++=,当该二次型为正定二次型,c b a ,,应满足的条件?解写出f 的矩阵 ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=a c b c a A 0000因为该二次型为正定二次型,所以0)(,0,022>-=>>∴b c a A ab ac b a ,,∴应满足0,>>b c a .定理6实二次型Ax x f T =为正定的充分必要条件是:存在可逆矩阵C ,使C C A T =,即矩阵A 与单位矩阵合同.证明先证充分性：若存在可逆矩阵C ,使C C A T=,任取非零向量x ,则0≠Cx (如果0=Cx ,由C 可逆,则0=x 矛盾),对任取的0≠x ,有0)()()(T >====Cx Cx Cx Cx C x Ax x x f T T T,从而矩阵A 正定.再证必要性：设对称矩阵A 为正定矩阵,因为A 为对称矩阵,则存在正交矩阵Q ,使A 对角化,即),,,(21n T diag AQ Q λλλ =Λ=,其中n λλλ,,,21 为A 的特征值,而A 是正定矩阵,所以0>i λ,记),,,(211n diag λλλ =Λ.则Λ=Λ21,从而T T T Q Q Q Q Q Q A ))((1111ΛΛ=ΛΛ=Λ=令T Q C )(1Λ=,则C 可逆,而且得到C C A T=. 所以可得EC C A T=,故矩阵A 与单位矩阵合同.定理7实二次型Ax x f T =为正定的充分必要条件是:存在正定矩阵B ,使2B A =.证明因为A 是正定矩阵，所以矩阵A 可以正交相似对角化。

线性代数重要知识点及典型例题问题详解

线性代数重要知识点及典型例题问题详解线性代数知识点总结第⼀章⾏列式⼆三阶⾏列式N 阶⾏列式：⾏列式中所有不同⾏、不同列的n 个元素的乘积的和n nn nj j j j j j j j j nij a a a a ...)1(21212121)..(∑-=τ（奇偶）排列、逆序数、对换⾏列式的性质：①⾏列式⾏列互换，其值不变。

（转置⾏列式T D D =）②⾏列式中某两⾏（列）互换，⾏列式变号。

推论：若⾏列式中某两⾏（列）对应元素相等，则⾏列式等于零。

③常数k 乘以⾏列式的某⼀⾏（列），等于k 乘以此⾏列式。

推论：若⾏列式中两⾏（列）成⽐例，则⾏列式值为零；推论：⾏列式中某⼀⾏（列）元素全为零，⾏列式为零。

④⾏列式具有分⾏（列）可加性⑤将⾏列式某⼀⾏（列）的k 倍加到另⼀⾏（列）上，值不变⾏列式依⾏（列）展开：余⼦式ij M 、代数余⼦式ij j i ij M A +-=)1(定理：⾏列式中某⼀⾏的元素与另⼀⾏元素对应余⼦式乘积之和为零。

克莱姆法则：⾮齐次线性⽅程组：当系数⾏列式0≠D 时，有唯⼀解：)21(n j DD x j j ??==、齐次线性⽅程组：当系数⾏列式01≠=D 时，则只有零解逆否：若⽅程组存在⾮零解，则D 等于零特殊⾏列式：①转置⾏列式：332313322212312111333231232221131211a a a a a a a a a a a a a a a a a a →②对称⾏列式:ji ij a a =③反对称⾏列式:ji ij a a -= 奇数阶的反对称⾏列式值为零④三线性⾏列式:333122211312110a a a a a a a ⽅法：⽤221a k 把21a 化为零，。

化为三⾓形⾏列式⑤上（下）三⾓形⾏列式:⾏列式运算常⽤⽅法（主要）⾏列式定义法（⼆三阶或零元素多的）化零法（⽐例）化三⾓形⾏列式法、降阶法、升阶法、归纳法、第⼆章矩阵n *（零矩阵、负矩阵、⾏矩阵、列矩阵、n 阶⽅阵、相等矩阵) ---------交换、结合律数乘n m ij ka kA *)(=---------分配、结合律乘法nm lkj ik n l kj l m ik b a b a B A *1**)()(*)(*∑==注意什么时候有意义⼀般AB=BA ，不满⾜消去律；由AB=0，不能得A=0或B=0 转置A A T T =)( TT T B A B A +=+)( T T kA kA =)( TT T A B AB =)((反序定理) ⽅幂：2121k k k kA AA +=2121)(k k k k A A +=对⾓矩阵：若AB 都是N 阶对⾓阵，k 是数，则kA 、A+B 、数量矩阵：相当于⼀个数（若……）单位矩阵、上（下）三⾓形矩阵（若……）对称矩阵反对称矩阵阶梯型矩阵：每⼀⾮零⾏左数第⼀个⾮零元素所在列的下⽅注：把分出来的⼩块矩阵看成是元素N 阶⽅阵，若存在N 阶矩阵B 的AB=BA=I 则称A 是可逆的，|A|=0、伴随矩阵)2.、⾮零k 乘某⼀⾏（列）3、将某⾏（列）的K 初等变换不改变矩阵的可逆性初等矩阵都可逆倍乘阵倍加阵）=O OO I D rr矩阵的秩r(A)：满秩矩阵降秩矩阵若A 可逆，则满秩若A 是⾮奇异矩阵，则r （AB ）=r （B ）初等变换不改变矩阵的秩求法：1定义2转化为标准式或阶梯形矩阵与⾏列式的联系与区别：都是数表；⾏列式⾏数列数⼀样，矩阵不⼀样；⾏列式最终是⼀个数，只要值相等，就相等，矩阵是⼀个数表，对应元素相等才相等；矩阵n ij n ij a k ka )()(=，⾏列式nij n n ij a k ka =逆矩阵注：①AB=BA=I 则A 与B ⼀定是⽅阵②BA=AB=I 则A 与B ⼀定互逆；③不是所有的⽅阵都存在逆矩阵；④若A 可逆，则其逆矩阵是唯⼀的。

线性代数(同济大学第五版)矩阵的特征值与特征向量讲义、例题

第五章矩阵的特征值与特征向量§1矩阵的特征值与特征向量一、矩阵的特征值与特征向量定义1：设A 是n 阶方阵,如果有数λ和n 维非零列向量x 使得x Ax λ=,则称数λ为A 的特征值,非零向量x 称为A 的对于特征值λ的特征向量.由x Ax λ=得0)(=-x E A λ,此方程有非零解的充分必要条件是系数行列式0=-E A λ,此式称为A 的特征方程,其左端是关于λ的n 次多项式,记作)(λf ,称为方阵A 特征多项式.设n 阶方阵)(ij a A =的特征值为n λλλ,,,21 ,由特征方程的根与系数之间的关系,易知：nn n a a a i +++=+++ 221121)(λλλA ii n =λλλ 21)(例1 设3阶矩阵A 的特征值为2,3,λ.若行列式482-=A ,求λ. 解：482-=A 64823-=∴-=∴A Aλ⨯⨯=32A 又 1-=∴λ例2 设3阶矩阵A 的特征值互不相同,若行列式0=A , 求矩阵A 的秩.解：因为0=A 所以A 的特征值中有一个为0,其余的均不为零.所以A 与)0,,(21λλdiag 相似.所以A 的秩为2.定理1对应于方阵A 的特征值λ的特征向量t ξξξ,,,21 ,t ξξξ,,,21 的任意非零线性组合仍是A 对应于特征值λ的特征向量.证明设存在一组不全为零的数t k k k ,,,21 且存在一个非零的线性组合为t t k k k ξξξ+++ 2211，因为t ξξξ,,,21 为对应于方阵A 的特征值λ的特征向量。

则有),,2,1(1t i k Ak i i i ==ξλξ所以)()(22112211t t t t k k k k k k A ξξξλξξξ+++=+++ 所以t t k k k ξξξ+++ 2211是A 对应于特征值λ的特征向量. 求n 阶方阵A 的特征值与特征向量的方法：第一步：写出矩阵A 的特征多项式,即写出行列式E A λ-.第二步：解出特征方程0=-E A λ的根n λλλ,,,21 就是矩阵A 的特征值.第三步：解齐次线性方程组0)(=-x E A i λ,它的非零解都是特征值i λ的特征向量.例3 求矩阵⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=201034011A 的特征值和特征向量.解 A 的特征多项式为2)1)(2(201034011λλλλλλ--=-----=-E A 所以,A 的特征值为1,2321===λλλ. 当21=λ时,解方程组0)2(=-x E A .由⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-000010001~2010340112E A ,得基础解系⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=1001p ,所以特征值21=λ的全部特征向量为11p k ,其中1k 为任意非零数.当132==λλ时,解方程组0)(=-x E A .由⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-000210101~101024012E A ,得基础解系⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=1212p ,所以特征值132==λλ的全部特征向量为22p k ,其中2k 为任意非零数. 二、特征值与特征向量的性质与定理性质1 n 阶方阵A 可逆的充分必要条件是矩阵A 的所有特征值均非零. 此性质读者可利用A n =λλλ 21可证明.定理 2 若21,λλ是n 阶方阵A 的两互不相等的特征值,对应的特征向量分别为21,p p ,则21,p p 线性无关.证明假设设有一组数21,x x 使得02211=+p x p x (1)成立. 以2λ乘等式(1)两端,得0222121=+p x p x λλ (2) 以矩阵A 左乘式(1)两端,得0222111=+p x p x λλ (3) (3)式减(2)式得0)(1211=-p x λλ 因为21,λλ不相等,01≠p ,所以01=x .因此(1)式变成022=p x . 因为02≠p ,所以只有02=x . 这就证明了21,p p 线性无关.性质2 设)(A f 是方阵A 的特征多项式,若λ是A 的特征值.对应于λ的特征向量为ξ,则)(λf 是)(A f 的特征值,而ξ是)(A f 的对应于)(λf 的特征向量,而且若O A f =)(,则A 的特征值λ满足0)(=λf ,但要注意,反过来0)(=λf 的根未必都是A 的特征值.例4 若λ是可逆方阵A 的特征值,ξ是A 的对应于特征值λ的特征向量,证明：1-λ是1-A 的特征值,ξ是1-A 对应于特征值1-λ的特征向量,证明 λ 是可逆方阵A 的特征值,ξ是A 的对应于特征值λ的特征向量λξξ=∴A ξξλ11--=∴Aξξλ11--=∴A A A ξξλ*1A A =∴-1-∴λ是1-A 的特征值,ξ是1-A 对应于特征值1-λ的特征向量, 1-λA 是*A 的特征值,ξ是*A 对应于特征值1-λA 的特征向量.例5 设3阶矩阵A 的特征值1,2,2,求E A --14.解：A 的特征值为1,2,2,,所以1-A 的特征值为1,12,12, 所以E A--14的特征值为4113⨯-=,41211⨯-=,41211⨯-=所以311341=⨯⨯=--E A .例6 若21,λλ是n 阶方阵A 的两互不相等的特征值,对应的特征向量分别为21,p p ,证明21p p +一定不是A 的特征向量.证明假设21p p +是矩阵A 的特征向量，对应的特征值为.λ根据特征值定义可知：)()(2121p p p p A +=+λ …………………(1) 21,λλ 又是n 阶方阵A 的特征值，对应的特征向量分别为21,p p .,111p Ap λ=∴ 222p Ap λ= (2)将(2)带入(1)式整理得：0)()(2211=-+-p p λλλλ因为21,λλ是n 阶方阵A 的两互不相等的特征值,对应的特征向量分别为21,p p 线性无关.所以21λλλ==.与21,λλ是n 阶方阵A 的两互不相等的特征值矛盾. 所以假设不成立.例7 若A 为正交矩阵,则1±=A ,证明,当1-=A 时,A 必有特征值1-;当1=A 时,且A 为奇数阶时,则A 必有特征值1.证明当1-=A 时.TT T A E A A E A AA A E A +=+=+=+)(A E A E T +-=+-=,所以 .0=+A E `所以1-是A 的一个特征值反证法：因为正交阵特征值的行列式的值为1，且复特征值成对出现，所以若1不是A 的特征值，那么A 的特征值只有-1，以及成对出现的复特征值。

线性代数第五章释疑解难

误和舍入误差，同时要检验解的合理性。
例题二：矩阵的逆与行列式的计算
问题描述
给定一个矩阵，如何计算其逆矩阵和行列式值？
解题思路
首先，利用行列式的性质计算行列式的值。然后，利用逆矩阵的定义和性质求解。
例题二：矩阵的逆与行列式的计算
解题步骤
1
2
1. 利用行列式的性质，计算给定矩阵的行列式值。
3
2. 利用逆矩阵的定义和性质，求解给定矩阵的逆矩阵。
线性代数第五章释疑解难
目录
CONTENTS
• 第五章基本概念回顾 • 第五章中的难点解析 • 常见错误解析与纠正 • 习题解答与解析 • 综合例题解析
01
第五章基本概念回
顾
向量与矩阵的定义
向量
由n个实数组成的有序数列称为n维向量。
矩阵
由m×n个数按m行n列排列成的数表称为m行n列矩阵。
向量与矩阵的运算
根据二阶行列式的定义，行列式等于主对角线上的元素乘积减去副对角线上的元素乘积。
习题二解答与解析
问题
判断矩阵A是否为正定矩阵。
解答
矩阵A为正定矩阵当且仅当其所有特征值都大于0。
解析
正定矩阵的定义是其所有特征值都大于0，因此判断矩阵是否为正定矩阵，需要计算其所有特征值并比较。
习题三解答与解析
向量数乘
标量与向量的每个分量相乘。
矩阵数乘
标量与矩阵的每个元素相乘。
向量加法
对应分量相加。
Байду номын сангаас
矩阵加法
对应元素相加。
矩阵乘法
前矩阵的列数等于后矩阵的行数，按元素相乘并求和。
线性方程组与矩阵的关系
01

考研数学一2024线性代数历年题目精讲

考研数学一2024线性代数历年题目精讲线性代数作为数学的一个重要分支，在考研数学一科目中占有非常重要的地位。

了解历年考研线性代数题目的出题特点，能够帮助我们更好地备战考试。

本文将对2024年考研数学一线性代数部分的历年题目进行精讲，以帮助考生更好地理解和掌握相关知识点。

一、基础知识概述在开始具体的题目精讲之前，我们先来回顾一下线性代数的基础知识。

线性代数的核心概念包括向量、矩阵和线性方程组等。

在解题过程中，需要熟悉向量的运算法则、矩阵的性质和运算规则，以及线性方程组的求解方法等。

二、历年考研题目分析与解答2.1 2020 年考研数学一真题考研数学一2020年真题中的线性代数部分包含了诸多经典的题型。

我们选取其中的一个题目进行详细解析，以便说明解题思路和方法。

题目：已知向量组${\alpha}_1={a+3b，2a-b，5a+4b}、{\alpha}_2={3a+5b，5a+2b，12a-7b}、{\alpha}_3={4a-b，a+3b，3a-5b}$，求向量组${\alpha}_1、{\alpha}_2、{\alpha}_3$的秩和一个极大线性无关组。

解答：要求向量组${\alpha}_1、{\alpha}_2、{\alpha}_3$的秩和一个极大线性无关组，首先需要理解秩的概念。

秩是指线性无关的向量组中所含向量的最大个数。

根据线性代数的基本理论，我们可以通过行变换将矩阵化为阶梯形矩阵，然后根据阶梯形矩阵的特点来确定秩。

将向量组${\alpha}_1、{\alpha}_2、{\alpha}_3$写成矩阵形式如下：$\begin{pmatrix} a+3b & 2a-b & 5a+4b \\ 3a+5b & 5a+2b & 12a-7b \\ 4a-b & a+3b & 3a-5b \end{pmatrix}$利用行变换，将矩阵化为阶梯形矩阵：$\begin{pmatrix} 1 & -1 & -2 \\ 0 & 5 & -3 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}$观察阶梯形矩阵可以发现，矩阵中非零行的行数即为矩阵的秩。

大一线性代数知识点例题

大一线性代数知识点例题1. 矩阵运算给定矩阵 A = [2 1; 3 4], B = [5 6; 7 8]，计算以下运算：a) 2A + 5Bb) ABc) BA2. 矩阵消元给定矩阵 C = [1 2 3; 4 5 6; 7 8 9]，通过列消元将其转化为矩阵 RREF。

3. 线性方程组求解给定线性方程组：2x + 3y - z = 14x + 2y + z = -2x - y + 2z = 3求解上述线性方程组的解集。

4. 向量空间以下向量组是否为向量空间？如果是，证明其为向量空间；如果不是，解释原因。

a) V = {(x, y) | x + y = 1}，其中 x 和 y 是实数。

b) V = {(x, y) | x^2 + y^2 = 1}，其中 x 和 y 是实数。

5. 线性变换给定线性变换 T：R^2 → R^3，使得 T((1, 0)) = (2, 1, 3) 和T((0, 1)) = (-1, 2, 0)。

a) 计算 T((3, 2))。

b) 判断 T 是否为一一映射。

6. 特征值和特征向量给定矩阵 D = [4 1; 2 3]，求其特征值和特征向量。

7. 内积和正交性给定向量 A = (3, -1, 2) 和向量 B = (-2, 5, 1)。

a) 计算 A 和 B 的内积。

b) 判断 A 和 B 是否正交。

c) 如果 A 和 B 是正交的，计算它们的夹角。

8. 最小二乘法给定数据点 (1, 2), (2, 3), (3, 4)，求使拟合的直线 y = ax + b 与这些数据点的距离最小化的最佳拟合直线。

以上是大一线性代数的一些知识点例题，通过这些例题的练习，可以加深对线性代数的理解，提升解题技巧。

希望能够为你的学习提供一些帮助。

线性代数应用题总结分类及经典例题

线性代数应用题总结分类及经典例题本文旨在总结线性代数中的应用题，并提供一些经典例题。

以下是对应的分类和例题：1. 线性方程组例题1：已知线性方程组如下：$$\begin{cases}2x + y - z = 5 \\x - 3y + 2z = -4 \\3x + 4y - z = 6 \\\end{cases}$$求解以上线性方程组。

例题2：已知线性方程组如下：$$\begin{cases}2x + 3y - z = 4 \\x - 2y + 3z = -1 \\3x + 4y - 2z = 7 \\\end{cases}$$求解以上线性方程组。

2. 矩阵与向量例题1：已知矩阵$A=\begin{bmatrix}1 &2 &3 \\4 &5 &6 \\\end{bmatrix}$，向量$\mathbf{b}=\begin{bmatrix}2 \\-1 \\\end{bmatrix}$，求解方程组$A\mathbf{x}=\mathbf{b}$。

例题2：已知矩阵$A=\begin{bmatrix}2 & -1 \\3 &4 \\\end{bmatrix}$，向量$\mathbf{b}=\begin{bmatrix}1 \\2 \\\end{bmatrix}$，求解方程组$A\mathbf{x}=\mathbf{b}$。

3. 线性变换例题1：已知线性变换$T$将向量$\mathbf{v}=\begin{bmatrix}2 \\3 \\\end{bmatrix}$映射为$\mathbf{w}=\begin{bmatrix}5 \\-1 \\\end{bmatrix}$，求线性变换$T$的矩阵表示。

例题2：已知线性变换$T$将向量$\mathbf{v}=\begin{bmatrix} 1 \\-2 \\\end{bmatrix}$映射为$\mathbf{w}=\begin{bmatrix}3 \\4 \\\end{bmatrix}$，求线性变换$T$的矩阵表示。

线性代数重要知识点和典型例题答案

线性代数知识点总结第一章行列式二三阶行列式N 阶行列式：行列式中所有不同行、不同列的n 个元素的乘积的和n nn nj j j j j j j j j nij a a a a ...)1(21212121)..(∑-=τ（奇偶）排列、逆序数、对换行列式的性质：①行列式行列互换，其值不变。

（转置行列式T D D =） ②行列式中某两行（列）互换，行列式变号。

推论：若行列式中某两行（列）对应元素相等，则行列式等于零。

③常数k 乘以行列式的某一行（列），等于k 乘以此行列式。

推论：若行列式中两行（列）成比例，则行列式值为零；推论：行列式中某一行（列）元素全为零，行列式为零。

④行列式具有分行（列）可加性⑤将行列式某一行（列）的k 倍加到另一行（列）上，值不变行列式依行（列）展开：余子式ij M 、代数余子式ij j i ij M A +-=)1(定理：行列式中某一行的元素与另一行元素对应余子式乘积之和为零。

克莱姆法则：非齐次线性方程组：当系数行列式0≠D 时，有唯一解：)21(n j DD x j j ⋯⋯==、齐次线性方程组：当系数行列式01≠=D 时，则只有零解逆否：若方程组存在非零解，则D 等于零特殊行列式：①转置行列式：332313322212312111333231232221131211a a a a a a a a a a a a a a a a a a →②对称行列式:ji ij a a =③反对称行列式:ji ij a a -= 奇数阶的反对称行列式值为零④三线性行列式:333122211312110a a a a a a a 方法：用221a k 把21a 化为零，。

化为三角形行列式 ⑤上（下）三角形行列式:行列式运算常用方法（主要）行列式定义法（二三阶或零元素多的）化零法（比例）化三角形行列式法、降阶法、升阶法、归纳法、第二章矩阵n （零矩阵、负矩阵、行矩阵、列矩阵、n 阶方阵、相等矩阵) ---------交换、结合律数乘n m ij ka kA *)(=---------分配、结合律乘法nm lkj ik n l kj l m ik b a b a B A *1**)()(*)(*∑==注意什么时候有意义一般AB=BA ，不满足消去律；由AB=0，不能得A=0或B=0 转置A A TT =)( TTTB A B A +=+)( TTkA kA =)( TTTA B AB =)((反序定理) 方幂：2121k k k kA AA +=2121)(k k k k A A +=对角矩阵：若AB 都是N 阶对角阵，k 是数，则kA 、A+B 、数量矩阵：相当于一个数（若……）单位矩阵、上（下）三角形矩阵（若……）对称矩阵反对称矩阵阶梯型矩阵：每一非零行左数第一个非零元素所在列的下方注：把分出来的小块矩阵看成是元素N 阶方阵，若存在N 阶矩阵B 的AB=BA=I 则称A 是可逆的，|A|=0、伴随矩阵)2.、非零k 乘某一行（列）3、将某行（列）的K 初等变换不改变矩阵的可逆性初等矩阵都可逆倍乘阵倍加阵） ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=O OO I D rr矩阵的秩r(A)：满秩矩阵降秩矩阵若A 可逆，则满秩若A 是非奇异矩阵，则r （AB ）=r （B ）初等变换不改变矩阵的秩求法：1定义2转化为标准式或阶梯形矩阵与行列式的联系与区别：都是数表；行列式行数列数一样，矩阵不一样；行列式最终是一个数，只要值相等，就相等，矩阵是一个数表，对应元素相等才相等；矩阵n ij n ij a k ka )()(=，行列式nij n n ij a k ka =逆矩阵注：①AB=BA=I 则A 与B 一定是方阵 ②BA=AB=I 则A 与B 一定互逆； ③不是所有的方阵都存在逆矩阵；④若A 可逆，则其逆矩阵是唯一的。

《线性代数》第三章矩阵的初等变换与线性方程组精选习题及解答

⎯r⎯→
⎢⎢0
−1
2
6 −4⎥⎥ ⎯r⎯→
⎢⎣−1 0 2 5 −3⎥⎦
⎢⎣0 0 1 7 −3⎥⎦
⎡1 0 0 9 −3⎤ ⎢⎢0 1 0 8 −2⎥⎥ ⎢⎣0 0 1 7 −3⎥⎦
5
⎡9 −3⎤ 所以 X = (E − A)−1 B = ⎢⎢8 −2⎥⎥
⎢⎣7 −3⎥⎦
例
3.9
方程组
⎪⎨⎧ax1x1++axx22
⎢⎣1 0 1⎥⎦ 可得 R( A) = 2 .故 R( A2 + 2A) = R( A( A + E)) = R( A) = 2 .
例 3.6 设 A* 是 n 阶矩阵 A 的伴随矩阵，证明
(1) A* = A n−1 ，
⎧n, R( A) = n; (2) R( A*) = ⎨⎪1, R( A) = n −1;
⎢ ⎢
M
M
M
M
⎥ ⎥
⎢⎣a a a L a⎥⎦
(A) 1
1
(B)
1− n
(C) -1
1
(D)
n −1
解因为 R( A) = n −1 ，所以 A = 0 . 又 A = (1− a)n−1[(n −1)a +1] ，故 a = 1 或
a = 1 .当 a = 1 时，易知 R( A) = 1 ，当 a = 1 时， R( A) = n −1.
⎡ x1 ⎤ ⎡− 2c1 + c2 − 1⎤
⎢ ⎢
x2
⎥ ⎥
⎢ ⎢
4c1 − 2c2
⎥ ⎥
⎡− 2⎤
⎢ ⎢
4
⎥ ⎥
⎡ 1 ⎤ ⎡− 1⎤
⎢⎢− 2⎥⎥

工程数学(线性代数与概率统计)第三章典型例题分析

第三章例1 设A 为n 阶方阵, 若存在正整数k 和向量, 使, 且.证明: 向量组线性无关.证明: （利用线性无关定义证明）假设有常数, 使得1120k k A A λαλαλα-++= （1）将（1）两边左乘, 可得122120k k k k A A A λαλαλα--++=由已知条件, 可知上式从第二项全等于零, 所以, 又由条件, 所以. 类似地, 将（1）两边左乘, 可得；类似地可证得，所以向量组线性无关.例2 设向量组线性相关, 向量组线性无关, 问:（1）能否由线性表示？证明你的结论; （2）能否由线性表示？证明你的结论. 解: （1）能由线性表示.证明：由于向量组线性无关, 那么其部分组也线性无关。

又由已知条件有线性相关, 故能由线性表示. (2) 4α不能由123,,ααα线性表示.证明:假设4α能由123,,ααα线性表示,即存在不全为零的常数123,,λλλ,使得4112233ααλαλαλ=++由(1)的结论,我们可以设12233k k ααα=+,代入上式,可得421223133()()k k αλλαλλα=+++即4α可由23,αα线性表示,从而234,,ααα线性相关,与已知条件矛盾.因此假设不成立, 4α不能由123,,ααα线性表示.例3 设两向量组()()()123(1)1,2,3,3,0,1,9,6,7TTTααα=-==- ()()()123(2)0,1,1,,2,1,,1,0TTTa b βββ===已知两向量组的秩相等,且3β能由123,,ααα线性表示,求a,b. 解:令123123(,,),(,,)A B αααβββ==由于矩阵A 已知, 可以先对A 进行初等变换求秩.12231313913913925206061206123331701020000r r A r r r r ⎛⎫⎛⎫⎛⎫-+ ⎪ ⎪ ⎪=--+-- ⎪ ⎪ ⎪+ ⎪ ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭⎝⎭因此()2r A =,且12,αα为(1)的一个极大无关组.由已知条件两向量组的秩相等,所以()2r B =,从而0B =,即0121011a bB a b ==-= 所以a b =.又由条件3β能由123,,ααα线性表示而12,αα为(1)的一个极大无关组.所以3β能由12,αα线性表示,则1230ααβ=,即123132012100310b b ααβ⎛⎫⎪==-= ⎪⎪-⎝⎭,解得 5b =,所以有5a b ==.例4求向量组()11,1,1,3,T α=-()21,3,5,1Tα=-,()32,6,10,Ta α=-,()44,1,6,10Tα=-,()53,2,1,Tc α=-的秩和一个极大无关组.解:对以12345,,,,ααααα为列构成的矩阵A,做初等变换112431124313612024311510610612243110046291124311243024310243100077000110028110203A a c a c Ba c a c ----⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥---⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥--⎢⎥⎢⎥+--⎣⎦⎣⎦----⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥--⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥--⎢⎥⎢⎥-----⎣⎦⎣⎦当a=2且c=3时, ,B 中第1.2.4列线性无关, 此时向量组的秩为3, 是一个极大无关组；当时, , B 中第1.2.3.4列线性无关, 此时向量组的秩为4, 是一个极大无关组；当, , B 中第1.2、4、5列线性无关此时向量组的秩为4, 是一个极大无关组.例5设向量组（1）的秩为3；向量组（2）的秩为4,证明:向量组的秩为4.证明: （要证明的秩为4, 可通过证明线性无关来得到想要的结论）由向量组（2）的秩为4, 可知线性无关, 又由向量组（1）的秩为3, 可知线性相关, 从而可由线性表示, 即存在不全为零的常数, 使得, 不妨设, 将代入, 可得14112422343345()()()0k k l k k l k k l k αααα-+-+-+= 由于线性无关, 所以1412421234343400000k k l k k l k k k k k k l k -=⎧⎪-=⎪⇒====⎨-=⎪⎪=⎩故线性无关, 从而该向量组的秩为4.例6 设向量组的秩为r, , , , , 证明向量组12,,,m βββ的秩为r证明:(由推论等价的向量组有相同的秩, 此题只需证明两个向量组等价即可)由已知可由线性表示, 且有下式成立1212(1)()m m m βββααα+++=-+++从而,于是有, 即也可由, 故向量组与向量组等价, 从而他们的秩相等, 从而向量组的秩为r.。

线性代数解题技巧及典型题解析01-求解线性方程组_16

解方程组中未知量个数 n 3，又方程组 AX 0 有惟一零解，
所以 r ( A) n，故 r ( A) 3.
例3 设 n 元非齐次线性方程组 AX b 有解，其中 A 为(n 1) n 矩阵，求|A|.
解因为 AX b 有解，故 r ( A ) r ( A) n n 1，从而 | A | 0.
求axb的通解特殊方程组的求解与方程组的基本理论有关的问题含参数的方程组与向量组的线性表示有关的问题与方程组有关的证明题1写出系数矩阵a并对其作初等行变换化为行最简形式同时得到ra这样也就可以确定基础解系所含解向量的个数
线性方程组的主要内容——求解线性方程组
1. 求 AX=O 的通解或基础解系 2. 求 AX=b 的通解特殊方程组的求解与方程组的基本理论有关的问题含参数的方程组
1 (1, 2,1, 0)T , 2 (1, 1, 0,1)T .
方程组的通解为 * k11 k22 , k1 , k2 为任意常数.
1. 在求解线性方程组时，一定要将系数矩阵或增广矩阵化为行最简形式，这样有利于求解. 2. 若根据同解方程组（1）式写导出组的基础解系一定不要将常数加进去.因此一般建议写出导出组的同解方程组（2）求基础解系.
a=0
1 2 1 2 设A 0 1 t t , 且方程组 AX 0 的基础解系含有两个解向量, 求 AX 0 的通解. 1 t 0 1
1 1 a 1 设A 1 a 1 , 1 ，若线性程组AX 有解但不唯一. a 1 1 2 求：(1)a的值； (2)方程组AX 的通解.
A (n+1)a n .
特殊方程组的求解最重要的是分析出其解的结构来！

线性代数行列式例题讲解

例7
1 D4 x1 x12 x
1 x 1 x1 x12 x13 x14
4 1
1 x2
2 x2
1 x3
2 x3
1 x4
2 x4
x
1 x2 x2 2 x23 x2 4
4 2
x
1 x3 x32 x33 x34
4 3
x
1 x4 x4 2 x43 x4 4
4 4
解：构造下面的范德蒙行列式
D5 x 2 x3 x4
例1 （行（列）和相同，提取公因子）
c1 c2 c3 c4 a c d b a c b d 提取第一列公因子 c a b d
1 a d (a b c d ) 1 c 1 c 1 a d b b b b d d
c
a d
b
r3 r2 r4 r1
1 a (a b c d ) 1 c
行和相同，提取公因子
( x1 x2 xn m)
ri r1,i 2,3 , n
... xn m
1 ( m xi )
i 1 n
x2 ... 0
... ...
xn 0 ...
0 ... 0
m ...
... m
xi n (1 )( m) i 1 m
(ad bc) n
递推法
d
例5
1 1 Dn 1 1
2 2 0 0
3 ... n 0 ... 0 3 ... 0 0 n
或
爪型行列式
r1 r2 r3 rn
cn c2 c3 c1 2 3 n Dn (n 2) n !
... ... ... ... ...

线性代数解题技巧及典型题解析01-典型的n阶行列式计算_10

Dn Dn1 (Dn1 Dn2 ) 2 (Dn2 Dn1) n2 (D2 D1) n.
解方程组Dn Dn
Dn1 Dn1
n n
, ,
得
n1 n1
Dn
(n 1) n
， .
2a 1
A
a
2
2a
,
1
a2
2a nn
求其行列式的值。求证：A (n+1)an .
1 0
1 0
1 0 1 0
2+22 23 2+22
=2n+1 2.
1 0 1
1
2
x a aa b xaa 求Dn b b x a . b b bx
Dn
a(x
b)n b(x ab
a)n
，(a
b).
a
b
a
b
3 求Dn
ab cd
. (未写出的为0)
c
d
c
d
解将D2n按第1行展开，则
a3 1
(a 4)3 (a 4)2
a4 1
an (a 1)n (a n)n
an1 (a 1)n1 (a n)n1
Dn1 a
. a 1 a n
1
1 1
0
[a (n 1)b](a b)n1.
0 0 0 ab
这一行列式的特点是只有两个数，主对角线上的元素全为 a,其他位置上的数全为b，根据这一特点，将第2至第n行(列) 都加到第1行(列)上去，从而第1行(列)变成相同的数，进一步将该行列式化为三角形行列式求出其值. 对于这类题目，用这种方法是最简便的.
1.利用行列式按行（列）展开定理，可以得到关于所求行列式值的递推式. 一般来说，递推式的形式多种多样，如前面介绍的，不同的递推式有不同的解法，应注意这一点.

线性代数(含全部课后题详细答案)1第一章一元多项式习题及解答.docx

A 组1.判别Q (厉)二｛0 +勿亦|0,处0｝是否为数域？解是.2.设/(x) = x3 4-x2 4-x+l, g(兀)=兀2+3兀+ 2,求 /(兀)+ g(x)，/(x)-g(x), f(x)g(x). 解/(x) + g (x) = x3 4- 2x2 + 4x + 3 ,/(兀)-g(x)"-2x-l,f(x)g(x) = x5 +4x4 +6兀'+6兀$ +5x + 2 .3.设/(%) = (5x-4),993(4x2 -2x-l),994 (8x3 -1 lx+2)'995,求 /(%)的展开式中各项系数的和.解由于/(兀)的各项系数的和等于/⑴，所以/(I) = (5-4严3(4-2- 1尸94(8-11 + 2)1995 =-1.4.求g(兀)除以/(兀)的商q(x)与余式心).(1)f (x) —— 3%2— x — 1, g(兀)=3F - 2兀+1 ；(2)/(x) = x4 -2x4-5, g(x) = x2 -x + 2 .解（1）用多项式除法得到x 73x~ — 2x +13_93X + 3—x —x-i3 37 ° 14 7-- 无_+ —x --3 9 926 2-- X ---9 9所以'恥）十岭心）W（2）用多项式除法得到x4— 2x + 5兀4 —”丫" + 2 兀2— 2x~ — 2 兀+5 jy?—兀~ + 2 兀-x2-4x4-5-兀? + X - 2—5x + 7所以，q(x) = x2 +x-l, r(x) = -5x + 7 .5.设是两个不相等的常数，证明多项式/(兀)除以(x-a)(x-b)所得余式为af(b)_bg)a-b a-h证明依题意可设/(x) = (x - a)(x - b)q(x) + cx+d,则”(a) = ca + d,[f(b) = cb + d.解得F=(/a) --,\d = (af(b)-bf(a))/(a-b).故所得余式为a-b a-b6.问m,p,q适合什么条件时，/(兀)能被g(x)整除？(1) /(x) = x3 + px + q , g(x) = x2 + nvc-1；(2) f(x) = x4 + px2 +q , g(兀)=x2 + mx+l.解(1)由整除的定义知，要求余式r(x) = 0 .所以先做多项式除法,3x2 + mx -1x-in“+ “X + q3 2x + mx^ - x-mx1 +(〃 + l)x + g2 2一 mx_ — m^x + m°(# +1 + 加〜)兀 + (g —m)要求厂(x) = (/? + l +加2)兀+ (§ —加)=0 ,所以(“ + 1 +加2) = 0, q-m = 0.即p = -l-m2, q - m时, 可以整除.（2）方法同上.先做多项式除法，所得余式为厂（兀）=加（2 — ”一nr ）兀+ （1 + @ —卩一加〜），所以 m （2-p-/772） = 0, 1 + ^ - p - m 2= 0 ,即 m = 0, p = q + \ 或“二 2— 加［q = l 时，可以整除.7. 求/（兀）与gCr ）的最大公因式:(1) f (x) — x 4 + — 3%2 — 4x — 1, g (x)=兀彳 + — x — 1 ； (2) f(x) = x 4— 4x 3+ 1, g(x) = x 3— 3x 2+1 ；(3) /(x) = x 4 -10x 2 +1, g(x) = x 4 -4A /2X 3 +6X 2 +4A /2X +1 .解（1）用辗转相除法得到用等式写出來，就是所以(/(x),g(x)) = x + l ・（2）同样地,<8 4 / 3 3= -X + — — -X-—(3 344-2x 2-3x-l1 1 --- X 4——2 -- 4 X 3+ X 2- X - 1 x 4 + x 3- 3x 2- 4x- 11 2 3 , -2x 2 — 3兀—12 21 2 3 1 -- X ----- X ---—2兀~ — 2兀2 4 433-- X ----X -144一丄 184—X H - 3 3 0心宀丄兀2 24 3 2牙+牙-X - Xf(x) = xg(x)^(-2x 2-3x-l),g(x) =所以(/⑴,g (兀)) = 1.⑶ 同样用辗转相除法，可得(/(x),g(x)) = F —2血兀一1.8.求 w(x),仄兀)使 w(x) f\x) + v(x)g(ji) = (/(x), g(%))：(1) f (x) = %4 4- 2x^ — %2 — 4x — 2, (x) = %4 + x — x~ — 2x — 2 : (2) /(x) = 4x 4-2x 3-16x 2+5x4-9, g(x) = 2兀3-x 2-5x+4:(3) /(x) = x A-x 3-4x 2 +4x + l, g (兀)=x 2 -x-l.解(1)利用辗转相除法，可以得到/(x) = g (A ：) + (x 3-2x)'g (兀)=(x+l)(x 3 - 2x) + (x 2 -2),x — 2兀=x(^x~ — 2).因而，(/(x),g(x)) = x 2-2,并且(/(兀),g (兀))=/ 一 2 = g (兀)_ (兀+1)(疋 _ 2兀) =g (兀)一(X +1) (f(x) -g (兀))=(一兀一 1)/(兀)+ (兀+2)g(x),所以 u(x) = -x-\, v(x) = x + 21 10 -- X H --- 3 9x 3 - 3x 2x-13 1 2 2X H —X X 3 3 10 2 2~~'- ---- X H 兀+ 13 -- 3 10 ° 10 20 X --- 兀 3 9 916~~1T —X ------ 9 927 441 --------- X ---------------16 256-3x 2+—x1649一一539 兀+ --- 27 256(2)利用辗转相除法，可以得到/(x) = 2xg(x)-(6x 2 +3兀-9),(\ 1Ag(x) = —(6x_ + 3兀一9) ——% + — — (% — 1), —(6x - + 3x — 9) = —(x —1)(6% + 9).因而，(/⑴,g(Q) = x-1，并且(1 1 …厶— —X + _ f (x) + _兀_—x~\ I 3 3丿 (3 3丿] 1 2 7 2fi/f 以 W (X )= X H —, V (X )= — --- X — \ •3 3 3 3(3) 利用辗转相除法，可以得到fM = X —3)g(x) + (x — 2),g(x) = (x+l)(x-2) + l ・因而( f(x), g(x)) = 1 ,并且(/(兀),g(x)) = 1 = g(x) - (x+1)(兀一 2)=g (兀)-(兀+1)(/(兀)-(x 2 一3)gCr))—(—兀―1) f (x) + (兀'+ 兀2 — 3兀—2)g(x),所以u (兀)= -x-l, v(x) = x 3 +x 2 -3x-2.9.设/(x) = %3+ (14-t)x 2+ 2x + 2w, g(x)二F+zx + u 的最大公因式是一个二次多项式，求/，凤的值.解利用辗转相除法，可以得到/(%) = g(x) + (l + /)兀2 +(2-/)兀 + « ,(/(x), g(x)) = x-l = -(6x 2+ 3x-9)+ | _g(x)I d J J(I ] \= (/(x)-2xg(x)) --x+- -g(x)\ 3丿 <2 o 2 d ,、 U 3 广—---- 兀+ (1 + r t-2(l +r)2(尸 + r—w)(i+r) + (t— 2)~u[(l + t)2 — (r —2)]由题意，/(x)与g(Q的最大公因式是一个二次多项式，所以(广 + / —w)(l + /) + (f— 2)~(T H?皿(l + r)2-(r-2)] A ；=0,(l + O2解得u = o^t = -4.10.设(x —I)[(A/+ B F+I),求A和B.由题意要求知解用(兀一1)2 去除f\x) = Ar4 + Bx2 +1 ,得余式”(x) = (4A + 2B)兀+1 -3人一B,斤（兀）=0,即4A + 2B = 0,1-3A-B = O,解得A = l,B = -2.11.证明:如果(/(x),g(x)) = l, (/(x),/z(x)) = l,那么(/(x), g(x)/z(x)) = l. 证明由条件可知,存在络(兀)和片⑴ 使得旳(兀)/(兀)+岭⑴g(x) = l,存在如(兀)和卩2(兀)使得u2(x)f(x) + v2(x)h(x) = 1.用/?(兀)乘以第一式得坷(x)f(x)h(x) + V, (x)g(x)h(x) = h(x),代入第二式得u2(x)f(x) + v2 (x) [u t (x)f(x)h(x) 4-Vj (x)g(x)/z(x)] = 1, 即[w2(兀)+ u\ (x)v2(x)h(x)]f(x) + [v, (x)v2(x)]g(x)h(x) = 1,所以(/(x),g(x)/z(x)) = l.12.证明：如果/(x)与g(x)不全为零，且/心)/(兀)+ 咻)g(兀)=(/(%), g(Q)，证明由于w(x)/(x) + v(x)g(x) = (/(x),g(x)), /(X )与 g(x)不全为零，所以(/(x)，g(x))HO.两边同时除以(/(Hg(Q)HO,有所以(弘(兀),咻)) = 1 .13.证明：如果〃(兀)|/(兀),〃(兀)|g(x),且〃(兀)为/(兀)与g(x)的一个组合，那么〃(兀)是/G)与 g(x)的一个最大公因式.证明由题意知d(x)是/(X )与g(x)的公因式.再由条件设d(x) = w(x)/(x) + v(x)^(x) •又设h(x) 为/(x)与g(x)的任一公因式，即/z(x)|/(x), h(x)\g(x),则由上式有h(x)\d(x).故而”(兀)是/(兀)与 g(x)的一个最大公因式.14.证明：(.fO)/2(X ), gO)/2(X )) = (.f(X ), g(x))〃(x),其中力(兀)的首项系数为 1.证明显然(/(x), g(x))/?(x)是f{x)h{x)与g(x)h(x)的一个公因式.下面來证明它是最大公因式. 设 /心),v(x)满足 w(x)/(x) + v(x)g(x) = (/(x), g(X>),贝iJu(x)f(x)h(x) + v(x)g(x)h(x) = (/(x),g(x))/z(x).由上题结果知，(/(兀),g(X ))/7(X )是/(X )/?(X )与g(JC”7(X )的一个最大公因式，又首项系数为1,所以(/(x)A(x), ^(%)/?(%)) = (/(x), ^(x))/i(x)・/⑴ g (兀)、(/(兀),g (兀))’(f(x),g(x))丿证明设〃(兀)=(/(兀),g(x)),则存在多项式M (x), v(x),使d(x) = u(x)f(x) + v(x)g(x)・因为/(X )与g (尢)不全为零，所以d(x)HO.上式两边同时除以〃(兀)，有故 /(兀) _____________ g (x)l (/(x),g(x))‘(/(x),g(x))‘u(x) /(X ) (/(%), g(x)) + v(x) g(x) (y (x ),^(x ))15.设多项式/(x)与gS)不全为零，证明1 = u(x)/(兀)(/(兀),g(x))+咻)g(x) (/(兀),g(x))=1成立.16. 分别在复数域、实数域和有理数域上分解兀4+ 1为不可约因式之积.在有理数域上兀°+1是不可约多项式.否则，若+ +1可约，有以下两种可能.(1) 兀4+1有一次因式，从而它有有理根，但/(±1)工0,所以卍+1无有理根.(2) x 4+ 1 无一次因式，设x 4+1 = (x 2+处 +方)(F +cx + d),其中 a,b y c,cl 为整数.于是a + c = O, b+ 〃 + ac = O, cut + be = 0 , bd = \,又分两种情况：① b = d = \,又 a = —c,从而由 b + 〃 + ac = O,得 a 2=2,矛盾； ② b = d = — \,则 a 2= —2 ,矛盾.综合以上情况，即证.17. 求下列多项式的有理根： (1) /(x) = x 3-6x 2+15兀一 14 ；(2) ^(X ) = 4X 4-7X 2-5X -1；(3) /z(x) = x 5+ %4— 6x^ — 14x~ — 1 lx — 3 ・解(1)由于/(x)是首项系数为1的整系数多项式，所以有理根必为整数根，且为-14的因数.-14的因数有：±1, ±2, ±7, ±14,计算得到:/(D = -4, /(-1) = -36, /(2) = 0, /(-2) = -72,/(7) = 140, /(-7) = -756, /(14) = 1764, /(一 14) = —4144,故x = 2是/(兀)的有理根.再由多项式除法可知，x = 2是于(兀)的单根.⑵ 类似(1)的讨论可知，g(x)的可能的有理根为:故x = --是巩兀)的有理根.再由多项式除法可知，兀二-丄是/(劝的2重根.2 2⑶ 类似地，加兀)的可能的有理根为：±1,±3,计算得到解在实数域上的分解式为X4+ 1 = (X 2 + 1)2-2X 2 =(X 2+V2X + 1)(X 2-V2X +1).在复数域上的分解式为x + ----------1 2 2%4+ 1 = f亠迈亠近、X ---------- 12 2/±1, ±1 ±?计算得到g(l) = -9,g(-1) = 1, g(］、r 、171=-5, g —=0, g — 一 —‘ g —〔2< 264 ,4丿11A(l) = -28, /?(-l) = 0,(3) = 0,加一3) = -96.故x = -l, x = 3是//(兀)的有理根.再由多项式除法可知，x = -\是/z(x)的4重根，兀=3是//(兀)的单根.18.若实系数方程x34- px + q = 0有一根a + bi (a,b为实数，/?工0),则方程x3 + px-q = 0有实根2—证明设原方程有三个根不失一般性，令=a + bi,从而有a2 =a-bi,由根与系数的关系可知0 = $ + 冬 + 他=(° + 勿)+ (a - bi) + ,所以冬二-2d，即(-2a)‘ + /?(-2a) + g = 0，故(2a)' + p(2a)-q = 0.这说明x3 + /zr-g = 0有实根2a .19.证明：如果(%-i)|/(r),那么证明因为u-i)|/(z),所以/(r)= /(i)= 0.因此，令y(x)=(x-i)g(x),则有E =(*-i)g(;),即(伙-1)|/(疋).20.下列多项式在有理数域上是否可约？(1)土 (%) = F+1；(2)/；(X)= X4-8?+12X2+2；(3)人(x) = x" +『+1 ；(4)厶(无)=* + "； + 1,门为奇素数；(5)厶(兀)=兀°+4尬+ 1, A为整数.解(1) ./；(兀)的可能的有理根为：±1,而/(±1) = 2,所以它在有理数域上不可约.(2)由Eisenstein判别法，取素数p = 2,则2不能整除1,而2|(-8), 2|12, 2|2,但是2?不能整除2,所以该多项式在有理数域上不可约.(3)令x=y + l,代入厶(x) = P+x'+l有^(y) = ^(y + l) = / + 6/+15/+21/+18y24-9y4-3.取素数0 = 3,由Eisenstein判别法知，g(y)在有理数域上不可约，所以/(兀)在有理数域上不可约.(4)令兀= y_l,代入f4(x) = x p 4-px + 1,得g(y)=厶(y j) = -+ cy~2——C；-2y2 + (Cf* + p)y-p，取素数p,由Eisenstein判别法知，g(y)在有理数域上不可约，所以£(兀)在有理数域上不可约.(5)令x=y + l,代入农(兀)=兀4+4Ax+l,得g(.y)=厶(y +1) = y" + 4y‘ + 6y2 + (4k + 4)y + 4R + 2 ,収素数p = 2,由Eisenstein判别法知，g(y)在有理数域上不可约，所以点(兀)在有理数域上不可约.1•设/(X)，g(X)，加兀)是实数域上的多项式，(1)若/2U) = xg2(x) + x/z2(x),则/(x) = g(x) = h{x) = 0 .(2)在复数域上，上述命题是否成立？证明(1)当g(兀)=/2(兀)=0时，有严⑴=0,所以/(%) = 0 ,命题成立.如果g(x), /z(x)不全为零，不妨设g(x)H0・当h(x) = 0时，a(xg2(x) + x/i2U)) = l + 2a^(x)为奇数；当加兀)工0时，因为g(x),瓜兀)都是实系数多项式，所以Xg2(x)与兀胪(兀)都是首项系数为正实数的奇次多项式，于是也有d(xg2(x) + x/『(x))为奇数.而这时均有/2(x)^0 ,且df\x) = 2df(x)为偶数,矛盾.因此有g(兀)=力(兀) = 0,从而有f(x) = 0 .(2)在复数域上，上述命题不成立.例如，设f(x) = 0 , g(x) = x\ h(x) = ix,1,其中斤为自然数, 有/2 (x) = xg2 (x)xh2 (x),但g(x) / 0 ,力(兀)工0.2.设/(x), g(x)9 h(x)e P[x],满足(x2 4-l)h(x)4-(x-l)/(x) + (x+2)g(x) = 0,(x2 + l)/?(x) + (x+ l)/(x) + (x - 2)^(%) = 0.证明(X2+1)|(/U), g(X))・证明两式相加得到2(x2 + l)h(x) + 2x(/(x) + g(兀))=0.由(x2+l,兀)=1可知(x2 + l)|(/(x) + g(x)).两式相减得到-2f(x) + 4g(x) = 0, f(x) = 2g(x).故(x2 + l)|/(x), (x2+l)|g(x), BP(X2+1)|(/(X),g(x)).3・设gi(x)g2(x)\f{(x)f2(x),证明(1)若/(x)|g](x)，/(X)H0,则g2(x)\f2(x)；(2)若g2(x)|/；(x)/；(x),是否有g2(x)\f2(x)?解(1)因为gi(兀)g2(兀)庞(兀)£(兀)，/O)|gi(X)，故存在多项式h(x), h}(x)使得fl(x)f 2(x) = g](x)g 2(x)h(x\ g](兀)=Z (x)h }(x).于是/；(兀)£(兀)=/(兀)人(兀)g2(x)力(兀)•由于土(兀)工0,故有 f 2(x) = h l (x)g 2(x)h(x),即g 2(x)\f 2(x).(2)否•例如取 g {(x) = x-2 , ^2(X ) = X 2-1 , (x) = (x-l)(x-2), (x) = (x + l)(x4-2).虽然 gSx)g 2(x)\f^x)f 2(x)且 g 2(x)\f {(x)f 2(x),但 g 2(x)不能整除 f 2(x).4.当R 为何值时，/(x) = X 2 +伙+ 6)x + 4k + 2和g(x) = F+(£ + 2)x + 2R 的最大公因式是一次的？并求出此吋的最大公因式.解显然 g(x) = (x + £)(x+2).当(/(x),g(Q) = x + 2时'/(一2) = 4 — 2伙+ 6) + 4£ + 2 = 0‘ 则k = 3.当(于(兀),g(Q )=兀 + £ 时’/(一灯=k 2 - k(k + 6) + 4Z: + 2 = 0 ‘ 则 k = l.这时(/(x), g(x))=兀+1. 5.证明：对于任意正整数斤，都有(/(x),g(Q)"=(/"(x),g"(x))・证明由题意可知/(%)与&(兀)不全为零.令(/(x), g(x)) = d(x),Z 、” g(x) 、d(x)丿/心)/"(兀)+ 咚)g"(兀)=d\x).又由 d(x)\f(x), d(x)|g(x),有 d n (x) f l \x), d"(x) g"(x),因此 d"(x)是厂(x)与 g"(x)的首项系数为1的最大公因式，从而有(广(x),g"(x))= 〃"(兀)=(/(x),g(x))" •6.设 / (x) = af(x) + bg(x), g[ (x) = c/(x) + dg(x),且 ad - be H 0 ,证明(/(x),g(x)) = (/](x), g](X ))・证明设(/(x), g(x)) = d(x),则 d(x)\f(x\d(x)\g(x).由于 “所以对任意正整如，有爲J 寫〕"卜于是有u{x) +咻) 则〃(兀)工0,从而fi (兀)=妙(x) + bg(x) , g] (x) = (x) + dg (x),故d (x)| (x), d (x)|g t (x).又设h(x)\ (x), /z(x)|(x),由上式及ad-bc^O ,可得从而/?(x)|/(x), h(x)\g(x),于是h(x)\d(x),即〃(兀)也是/；(兀)和g|(x)的最大公因式，即(/(x), g(x)) = (/；(x),&(兀))・7.设 /(x) = t/(x)/(x), g(Q 二 dCr)g](x),且/O)与 gd)不全为零，证明〃(兀)是/O)与 gCO的一个最大公因式的充分必要条件是(/(劝,g|(x)) = 1.证明必要性.若〃(x)是/(兀)与g (兀)的一个最大公因式，则存在多项式w(x),v(x)使W (x)/(x) +v(x)g(x) = d(x),于是u(x)d(x)f t (x) + v(x)d(x)g l (x) = d(x).由/(力与g (兀)不全为零知如工0,因此有u(x)f l (x) + v(x)g l (x) = l f 即(土(兀),g©))i •充分性.若(f l (x),g l (x)) = l ,则存在多项式u(x),v(x),使 u(x)f l (x)+ v(x)g l (x) = l. 两边同吋乘〃(兀)有u(x)f(x) + v(x)g(x) = d(x)・由d(x)是/(x)与g(x)的一个公因式知，d(x)是f(x)与g(x)的一个最大公因式.8.设于(兀)和g(x)是两个多项式，证明(f(x), g(x)) = l 当且仅当(f(x)-l-g(x), f(x)g(x)) = l. 证明必要性.设(f(x)9g(x)) = l,若f(x) + g(x)与/⑴g(x)不互素，则有不可约公因式p(x), 使p(x)lf(x)g(x)f所以 p(x)| /(X )或 0(x)|g(x).不妨设 p(x)\ /(x),由 P (x)|(/(x) + g (兀))可知 p(x)|g(x),因此 P (兀)是 /(兀)和g“)的公因式,与/(%), g (x)互素矛盾,故蚀+g (兀)与蚀g (兀)互素.充分性.设(/(兀)+ gO) J(x)g (兀)) = 1,则存在w(x), v(x)使(/(兀)+ g (兀))心)+ /(x)g(x)v(x) = 1 , f(x)u(x) + g (兀)(臥兀)+d ad-be zw- h ad 一gi (兀)， g(x) -c ad -be a ad -be g](x)，/(x)v(x)) = 1, 上式说明(/(兀),g(兀)) = 1.9.如果(x2 +x + l)|/j(x3) + x/^(x3),那么(x-l)|/；(x), 0 — 1)|/；(兀)・T；®所以，^3=£23 = 1.证明X2+X + l的两个根为£\= 士护和£2=因为U2+x+l)|(/；(^3) + x/；(^3)),所以(兀一£|)(x - £2)|/；(X')+/(F)，故有y 窗)+ £/(郃)=0,［爪哥)+ £2£(哥)=0,即解得/(l) = /；(l) = o,从而(兀—1)|久(兀)，(x-1)|/；(%).10.若f(x)\f(x H),则/(x)的根只能是零或单位根.证明因为f(x)\f(x n),故存在多项式g(x),使/(x n) = /(x)^(x).设。

线性代数重点及例题讲解

行列式注：逆序 12345678 12346578 65构成一个逆序；求213563748所有的逆序之和 1、行列式的定义n 级行列式1121211121()212221212(1)n n nn j j nj j nj j j j n n nna a a a a a a a a a a a τ=-∑2、几种特殊的行列式对角形行列式1212n nd d d d d d =上三角形行列式111212221122000nn nn nn a aa a a a a a a =下三角形行列式112122112212000nn n n nna a a a a a a a a =转置行列式：112111222212n n nn nna a a a a a a a a （原行列式的行与列互换）3、行列式的性质1）行列式某行（列）元素的公因子可提到行列式符号之外 2）对换行列式中两行（列）位置，行列式反号3）把行列式的某一行（列）的倍数加到另一行（列），行列式不变由此推出：行列式中某一行（列）为零，则行列式为零如果行列式中有两行（列）相同，则行列式为0．行列式中两行（列）成比例，则行列式为0若行列式的某一行（列）的元素都是两数之和，则行列式可按此行（列）拆成两个行列式之和，即11121111211112111221212121212n n n n n n n n n nnn n nn n n nna a a a a a a a a ab a b a b a a a b b b a a a a a a a a a +++=+4、行列式安一行一列展开设,ij n D a = ij A 表示元素的ij a 代数余子式，则下列公式成立：1111220i i in ink i k i kn in D k i i D a A a A a A a A a A k i ==++⎧+++=⎨≠⎩ 按行展开,即11220ij ij ij ijl j l j nl nj D l j j D a A a A a a a a a a l j ==++⎧⎪+++=⎨≠⎪⎩按行展开,即 10n i s i ss D k ia A k i==⎧=⎨≠⎩∑ ， 10ns l s j s D l ja A l j==⎧=⎨≠⎩∑ 5、计算n 级行列式对有限级行列式利用初等变换化成三角行列式对n 级行列式一般方法为把某一行化成自有一个非零数，然后按这一行展开。

线性代数典型习题讲解

1 2 0 5
解1 首先寻找含零个数最多的行或列。本题第3列含两个零，于是
从第三列着手，再变出一个零元素。
12 0 4
1 0 r3r2 1 2 D 3 1 1 0
（按第3列展开得）
1 2 0 5
12 4
12 4
D 1 (1)23 4 1
2
r3 r1
4 1
2 （再按第3列展开得）
1 2 5
0
0
1
2 1
1 0
11 11
【例】
利用逆矩阵求下列方程组的解
x2 2x3 1 x1 x2 4x3 0
2x1 x2
2
解设所给方程组的系数矩阵为 A ，未知量矩阵为 X ，常数项矩阵
为 B ，即
0 1 2
x1
1
A
1
2
1 1
4
0
X
x2
x3
B
0
2
于是，线性方程组可以写成矩阵方程：AX B
012
因为 A 1 1 4 2 0
2 1 0
所以 A1存在，在上式 AX
B
两边同乘A1 ，得：X
A1B
12 12
下页继续……
又因为所以
4 2 2
A
8
4
2
3 2 1
2 1 1
A1
1 A
A
4
3
2 1
1
1
2
2
2 1 1 1 0
则
X
A1B
4
2
1
0
2
3
1
1
2
1
2
2
2
即原方程组的解为：

大学线性代数典型例题解析

0 -10 £)=-6-1973Li-10；十1严-II—6-19 5-13 20 120 D=I-19 5-13 20 I=(-1 严20 -19I -13大学线性代数典型例题解析一•行列式计算的典型例题分析:1•利用降阶法。

计算3 5 1()2 14 5D =17 4 2-3511解邂第三列乘权-3和-5分别加到第一列、第二列■然厂按第一行展开.得再将第三列乘以6加到第一列:按第三片展开’探「I以上演算过程可知,对于任意n阶行列式D,皆町用行列贰性质变为等置的n-1阶行列式, 2•利用化三角形法计算。

a -b —c la计算D 二2b b-c-a2c 2cIff：将第二廿与弟三打都加到第一打上，帯提出公阖子(a+b+cj,得a + h + 匸口 + A + u o + /)+ cD - 2b b -c — a 2A2c 2c c-a-bI 1 I—(a h + c) 2b b^c —a 2b2c 2c c —a — Z?再将第一疔乘以(-2b)和(-2e)分别加到第二行与第三行，得1 IID = (a + fr + c)0 ^[a +b +c)= (a ^-b + c)3 =0 0 —(a + Z? + c)3.利用升阶法。

D-II=fl “y)(i+£亠n 这里设a^A(f=I 52,3,4) i±i t±］人・吗这个结论可以推广到n 阶疔列式的情兀即a,4.利用范德蒙公式。

10 0 0 011 1 1 1■4a Q \-^iZ — d ■0 0 0 -a za 2Za 2 5=0 0 -码Ja%-码0 0 A - a 3 0码zA - a 4^列代帥到第—列上條第3列急倍9.5已知1 11I0 1 1 1 0 0 1 I 0 0 0 I锂将行列式转置住知它是一个4阶范苞讓行列式-HI ：1 r i X1 11 1]4 Sx 2 -3 5 ] -3 9-27x z 49 25 1■25 125F 8-2712= (2-_r)(-3 -工)(5 -工)(-3 - 2)(5 - 2)(5 + 3) = 0(方程的解为x = 2,x = -3,x = 5)H.矩阵i vp| = i^a 用伴随矩阵法I I 1 岛】=0 I 1 = 1, Z 】2 = A 、、= A }i = 00 0 1ft m 悭方程X1 525 =00 I 0 00 =0 =0A=且|出| =#03可逆，由三儒块求逆法.宀-0鞘口2 切卑丫变耳広1 1 1 1 1 0 0 0_10 0 0 1 -1 0 厂0 1 1 1 0 1 0 0 町一牛0 1 0 0 0 1 -1 0 00 1 10 0 1 0 巾•口0 0 1 0 0 0 1 -1 _0 0 0 10 0 0 1_0 0 0 11超法(4)分块法'I I 0 Id J = - - ■-*b0 0 0 00 0 -1 0 I -I其忙0 |1 00 0_故f50 1 勺0 ©17 ;求X使XA=B F这里川二 1 -3 -2・B — 5 3 05 21\|126 0>分析；根辦矩阵乘法规则,X应为3阶方阵.若A可連，则XA-B两恻同乘T T［即可得X = BA'\箏注_:先求(5 0 I =10 0^I -3-2,10[-5 2 1 : 0 0 1>fl-3-2 ；0 1 (?| f ] -3_勺J i 0i d\0 9 2 i 1010 15i 7 5 8lo -13-9 ； 051〔0 22i 10 1/11II00 :fl -：1-2 =0 丨0、R4895110 1 5 : 7 5g010 :04lo 0-8 : -13 -100u I J西4515\848丿(I 2 3、.'.A~x- 9 10 11< —13—10—15>103(123、fl—3则x = BA~{=-530910 11—456A<26o「10-15;<7 £9Kt鯉因削執右佻因此匕別二血环是沪乩姊上狛于俯等式馳同时右乘八降二：= f可以看成-些初等矩阵Z札它储乘B,用当于对B进行碱换.Ift这輕初等斛桶A.删L即和細斷同軸列初等变礼IE A变切时出把B变为启旳=⑷(H卩1因此iii_^si4…=…/丿册"丿N10i 0円S001S24 -12317 48 4562d 71S9V 2孙 /. X = 4 5 6<7 8 9丿(51 0-3 「-2r i 9 0 - 3 0、-11{ 1 0 0 亠3 0 12-5 2 1-92ID *-3 21-80 0-8 0 8 -8 0 8-3 0_5 -35-14-3 171-2 -6 0 J1-2 -62 J1-20-6 26；( 10 0A (\0 0、胖法一；AX=2X+B. !^ij (A-21) X=B若 A-21 可迎，则X = (A~2/)-1 B. fl 0 0) f s先求(A-2I)-l .^j A _2f= 0 “ -I 为准載筲矩阵，呦只需戒匚.T ；'的逆.I 】2丿f \0 0'二（月- ■2/)-1 =0 -2 7<0 1L&：8:设卫二0 1一|10 1 4>% 「B= 1】'求X 便AX=2X-B i& 70 £ -89 （说朝：斌二阶方阵用件随陈求逆也很方熾）I I5 0(p卩'3:.X =0 -2-I1]=-411<0 11丿12 -匀13無法二：X = （A-2irB,^（A-2iy'^当于一些初等阵之积，它们右乘氐相当于对已进疗行初等变唤=丙此（A -21,8} F"苇孚臭・片人X）.f\ 0 0 3 6^<10 0 3 6、r l 0 0 30 10-410 -I -1 1 I—>0 1 1 -1 -1—>1<0122 -3；<0013 -2y<0 0 1 3:3 6> 二x = -4 1例1D设占为ri阶可逆方阵点证：①（・』尸=卜1严八②卜』厂=・犷③（屮）—卩厂鼻证：①设A = （a.t）^中®的代叢余子式为坷则卜牛卜附卜卜1）%|且・切的代数余子式为卜叮1尙于是（卜旷如~卜旷4）=卜1严屮②证法1：由定几卜川・卜沪）=（-1）小（」）才上卜1"才T 故卜川“ =-<\证法2:由公式③当A可逆时,才=|车J故（/（*）*=（|J|Z）*=|彳州•悴于=14 -p-j—tr1）-1\A\说明;这里几个等试证明中用到了以下结论：⑴片呵=昇・网(2) (k -B)-1⑶町卜『③也可有如下解法:AA^ = \A\-1设f =艮则B*B=\B\1 由AA* = \A\I t^\A\ \A•|=p|-/| = |^ v A可逆，屮|* 0. |叶|犷,即网="I j H 0而#T = A AA^ = \A\* l t：. -^A^A* = 1)HI 同冷十「冷八|旷/•向量和线性方程组附已脳产(即)角=(”1入妒®』)嘲*为Mtta［岛角職暂弱血滩牝泌泌拋联糊谓加佝脚t跆*：墟IB于翡附箭$ “+铤+竝广0抽&&只有黠脑泌曲魁无关;抑詁有丰需轨鸟卫擲I 3 2D=2 -I3◎二*于是孔] -i 日十] 1124?+8I1 -1 20盘+】011110 1-120 1 a 2占+】0 2 ・2 “5 27 j + = 0弓+ 3血=03^( + 2k2 + ak3=0 果数吁列式3 2—1 3 = -7(i? - 5)0 a-5⑴ 当D=-7(fl-5) HO时.方程#汀!有寧劣闵此当a W时.a：,他4』线性无关. ⑵ 当0=-7(<2-5>0时’方程组有非零解，因此当d =5时.4“如线性相关.设or, =k\a{+k\ a2则(3. 2, 5) = (#'3+3k\ f2k\ -k'2,3k\ ^-2k\)比+3心3B|l! ^2k\-fc'2= 2探'严2码二5a t = (1023)匚勺=(143.5)7,«3 =(l,-l,a +2>l)r t a<= (1^4,0 +8)r, 0 = (】」』+3上卩问a,b为何值时，0不能表示f&a]f a2 f a3f a4的线性组合;日，b为何虫时.0 口丁以由a n a iy a ir a4线性表示，且表示法>€—・輕：如俛6分析，上述问邇等价于0二禺％ +虬s +咫乙是否有崩即)11 1 ■\_■ 1 ■0 1-12工：1=2 3 o + 2 4d+33 5 1 a+^£5是否育第氐为供10设j1 A =11■—1 2 5 2 3 7 3 4 9 45 1110 )316=1#0,而所有包含D 的三阶子式为D* = 囲此秩A=2方法2I 12 I 23=0. I 34I I 5 2 =1 II I 7D 6 =I 2 10 1 4 16=0.兀中kr : + r 表不矩阵第i 吁乘収k 加到第j 行，因此,当b=0时丫方程组有无穷梦解，戸可以表示J&s 卫 2*的线性组合. 当廿二7上勿吋，方程魁育无穷爹隨此讨阿匕表示成色,/的线性坦今, 但表示注不唯一.天■的就分析,一腹戒矩阵阿秩可以通过两个方法来戒’h 直接用行列式求矩埠的轶.即找出炬阵中屋高不为零子式的阶数. 2+利用初等变换來求矩阵的秩.方汇】与方注2-般根拯雄阵阶数夹定.对于做高建璋刖用初等变殃较为方怙112 5 71125 7 1 2 3 7 10 (-1) x f] +<0 11231 3 4 913i =2.3,4 0 2 246,」4 5 II 160 3 36 9I I 2I I 5I 1 7I 23=0, D 、=I 2 7 =0*Dy = 1 2 1C1 4 51 3 91 3 13聲方法一：貞有一介二阶子式D ：D = 节＜7H-1时,0可以唯一；卫农示2b « + 6+ 10 0_1125 7(-2小5 十口 0 I 1(_3)卩 + 心0 0 0 0 0 0Alft] r(B)=2,因此 r (A) =2例5.判断务=(h 2 3), a2 =(3t2 J),勺=(kN I)是否线性相关.分析：研究向量弐％,並「…，宜般的线性相关的问題卜由定丈时知.就是考寰是否存在血个不全为零的数虬和，…，斤十便线性组劭兔&+$&+…+S出=0口/】+◎九姑因此.向量组S •’ 是否线性用关，等价于齐次线性方程组(引是否有非孚矮. 若方程红⑶有菲寧鹘.则务，线性期关.若方程经⑶只有零倒L则码j线性无关.那苗究向去间是否线性祁关同建•实质上就是硏究齐次线柱方程组⑶着没有零解问亂解法一设存在一组数昭出，灯使禺住1 +紿勺+ k i a i= 0 ■ 即^(1,2,3) +^13,23) + ^(133)= (0,0, Oh 亦即(A p. + 3& + &,2& + 2k2+ 3心,3A | + k2+ RJ = (0,0,0)・k}+3A F:+A J = 02A: +2A:+3k z= 03k -k2 +Aj =0_1 3 r系软矩忑2 2 3 =A.可以通过初等行变换求得r(A)=3. K'J此齐状线性方程鉉3 I 1■ ■只有零轉故碍住"住3统性无关.覚'r 1 h(4)如皿汕％馳表示等价刊济熾住方程姐⑷是唯-的昶表示•若方灘（4）有无球性表示*但表乐法不唯一•若方程矩（4）无罠则 :…珂飙表示例6巳观产（MUM 厂仲厂卜加讦仏7卜1也小47卯小対1）试務像示加i 角角和住■的唆齣含.分析:硏究某-向量雄否用向量釦角严几濾性表示糠歸有皿个救匕岛「化使為0=&卫|祜角+"#屁虑立,N 占皿也杆叫A = Aa t J. + 偽屁 4Tor J. =h.u l孟■占"n* 皿 4眦向童滩否用向量脸崗否有麒着方脏沖）謎一亀M能妝q 穷多幣忖能用#能用©心解^P-k a也听+叭+也加即（1,2昇）詁伸山1）也（1」厂lHHMThTM—1」）£ + h + k3+£ = Iti +i, - L - k k= 2即0二一叭—a3 __g四.特征值与特征向量UJ例］.求矩阵的特征值和特征向量-1 r\ -3 4_ 4 = 2 0 1：.B =4 -7 81 -1 26 -7<-1 1(X「1 1 0\◎_2 4 -1 <2 = 0即:0 0 1X, = 0I -11 0>E 丿<< 0 0 oj <x 3©⑴fP解1 t :* A, 1 比q W)是屈F2的特证覚:ft ：4U/f-2 】-I Yx,竝于久严1；方程组好一旳X = Q 即为-2 1 -I<—1 1 —UL X 3>1刀■理=乂-31-1-】Z -*1-x-2 14-2 ZZ — = (z-2)|z- 1)1 1 01 Z 1-2 1 120 1Z — 10 1 1婆ir i -rJi 0 ©(0 -1 1 x 2 = 0 =>0 T I= 0<0 o o>\ J ><0<00 oj卫二丄的特征世为乙二久厂2,2严】*对于z ;: = 2P 方f^£(2l -AH=0, UI^J二解为1「出的持征置为2. 2. I . A的属于2的特征向量为仪I # 0),〔0丿◎I (帕RM二艺于2=1的持征向量T& 2向*切是属于-啲特征向量 I 】丿 4.1 (k 2 #0)是属于朝勺特征向董 WA 的属于1的特征向盘为& 1 (*2 *0) JJ= + "l =(A-3)(A + l)2 A 丹的特征值为右二心二一1,妇二3r■■f-23 -4\对于A, = =-l,^方程组C-I-A)X=0,^!(-Z-J)= 2 -I 0 J 7- jfo 2Ja -I <P0 -P (C0 —>10 1 lo o_2 —>0 I -2 *•!向童為=(2llj10 4一爲o y0 Ojf 2 3 -4X<2 3 -4^ 就于久严N 方程组(討「/1)X= a 3/-A =23 -40 16 -16厂6 7k 0 0 0 ；「2 o -r ((yT O 1 -1 解向量5 b 1・・/的特征值为T,-I3LO 0 0Jlb注I:求特社懐时戌难在于计算疔列式•应尽盘便中疔列式性质•理昊行(列)化成有冥国一阴子(2的一次式人然后再计算•这样易于暹多项式区式分髀"由此化还可看出.半特花值是重根时，不一宦有2个线性无关的特征向量.昂外，还可从解(AJ - A)X = 0中可验证所求的特征值是否正确.(当(A1-A)X = O^有军解时，可以说明诸几不是特征值)注2：特tz 尙量是非零向量这要牢记.五.二次型L:将二次型 f = （x, J = + 2x} + 4x 占 + 2x }心 +4x 內 + 2毛屯+2兀心+2®兀表示成矩陈形式，井我该二次型的秩•勢：将二次型表示成矩阵形式X\4X H\其中A 是对帐矩阵’•且2化即为二巧阿系数（2丿）血叫即为疋的柬熱出此即得:几其秩为氛f 而该二诜A ->。

线性代数解析及例题

.
由此可见
.
例4设
，
，，
证明D=D1D2.
证记，
其中
dij=aij(i,j=1,2,…，k)；
dk+i,k+j=bij(i,j=1,2,…，n)；
di,k+j=0 (i=1,2,…，k;j=1,2,…，n).
考察D的一般项，R是排列的逆序数，由于 (i=1,2,…，k;j=1，2，…，n)，因此均不可大于k值，否则该项为0，故只能在1，2，…，k中选取，从而只能在k+1,k+2,…,k+n中选取，于是D中不为0的项可以记作
我们观察到(1.2)式的右端是一些项的代数和，其中，每一项是位于不同行不同列的三个数相乘，这三个数的第一个下标是按自然顺序排列的，第二个下标则不按自然顺序排列.我们不禁要问：这个代数和的项数、每一项前的符号与第二个下标的排列顺序有无关系?有什么关系？为此我们引入全排列与逆序数等概念.
定义1由1，2，…，n组成的一个有序数组称为一个n级全排列(简称排列).
,
所以
.
推论行列式D中任一行(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
(i≠j)
或
(i≠j).
证
.
当i≠j，因为与行列式中第j行的元素无关，将上式中的换成（k=1，2，…，n)，有
.
同理可证
(i≠j).
综上所述，即得代数余子式的重要性质（行列式按行(列)展开公式）：
或
例11计算n阶行列式(递推公式法)
例如，以数k乘以第i行（列）上的元素加到第j行(列)对应元素上,记作，有
性质3—性质6的证明请读者自证.
例5计算四阶行列式