线性代数课件(高教版)1-5

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线性代数教材讲解ppt课件

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a11
A
a21
a12
a22
a1n a2n
am1 am1 amn
矩阵A的
m, n元
简记为
A Amn
aij
mn
aij
.
这m n个数称为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.
例如
1 9
0 6
3 4
5 3
是一个 2 4 实矩阵,
0
0
单位阵.
0 0 1
线性变换
x1 y1
cosx siny, sinx cosy.
对应 cos sin sin cos
这是一个以原点为中心
旋转 角的旋转变换.
Y P1 x1, y1
Px, y
O
X
三、小结
(1)矩阵的概念 m行n列的一个数表
a11
A
a21
a12
且对应元素相等,即
aij bij i 1,2,,m; j 1,2,,n,
则称矩阵 A与B相等,记作 A B.
(8)线性变换与矩阵之间关系:
例1 n个变量x1, x2,, xn与m个变量y1, y2,, ym之
间的关系式
y1 a11x1 a12 x2 a1n xn ,
y2 a21x1 a22 x2 a2n xn ,
13 2
6 2
2i 2
是一个
33
复矩阵,
2 2 2
1 2 是一个 3 1 矩阵,
4
2 3 5 9
4
是一个 1 4 矩阵,
是一个 11 矩阵.
矩阵与行列式有本质的区别, 行列式是一个算式, 其行数和列数相同,一个数字行列式经过计算 可求得其值, 而矩阵仅仅是一个数表, 它的行数和 列数可以不同.

《线性代数讲义》课件

《线性代数讲义》课件

在工程学中,性变换也得到了广泛的应用。例如,在图像处理中,可
以通过线性变换对图像进行缩放、旋转等操作;在线性控制系统分析中
,可以通过线性变换对系统进行建模和分析。
THANKS
感谢观看
特征向量的性质
特征向量与特征值一一对应,不同的 特征值对应的特征向量线性无关。
特征值与特征向量的计算方法
01
定义法
根据特征值的定义,通过解方程 组Av=λv来计算特征值和特征向 量。
02
03
公式法
幂法
对于某些特殊的矩阵,可以利用 公式直接计算特征值和特征向量 。
通过迭代的方式,不断计算矩阵 的幂,最终得到特征值和特征向 量。
矩阵表示线性变换的方法
矩阵的定义与性质
矩阵是线性代数中一个基本概念,它可以表示线性变 换。矩阵具有一些重要的性质,如矩阵的加法、标量 乘法、乘法等都是封闭的。
矩阵表示线性变换的方法
通过将线性变换表示为矩阵,可以更方便地研究线性 变换的性质和计算。具体来说,如果一个矩阵A表示 一个线性变换L,那么对于任意向量x,有L(x)=Ax。
特征值与特征向量的应用
数值分析
在求解微分方程、积分方程等数值问题时, 可以利用特征值和特征向量的性质进行求解 。
信号处理
在信号处理中,可以利用特征值和特征向量的性质 进行信号的滤波、降噪等处理。
图像处理
在图像处理中,可以利用特征值和特征向量 的性质进行图像的压缩、识别等处理。
05
二次型与矩阵的相似性
矩阵的定义与性质
数学工具
矩阵是一个由数字组成的矩形阵列,表示为二维数组。矩阵具有行数和列数。矩阵可以进行加法、数 乘、乘法等运算,并具有相应的性质和定理。矩阵是线性代数中重要的数学工具,用于表示线性变换 、线性方程组等。

线性代数课件

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的一个基, 线性无关. 解 要证 a1 , a 2 , a 3 是 R3 的一个基, 只须证 a1 , a 2 , a 3 线性无关 即只须证 A ~ E.
2 − 1 1 4 r1 ↔ r3 2 ( A | B ) = 2 − 1 2 0 3 r2 + 2r1 −1 2 2 − 4 2 r3 + 2r1
9
线性代数 第四章 向量组的线性相关性
(b1 ,b2 ,b3 ) = (a1 ,a2 ,a3 )P
基变换公式
P=A-1B 称为从旧基 到新基 的过渡矩阵。 称为从旧基A到新基 的过渡矩阵。 到新基B的过渡矩阵 z1 y1 x = (b1 ,b2 ,b3 ) z2 x = (a1 ,a2 ,a3 ) y2 设 z y 3 3 z1 y1 故 −1 坐标变换公式 z2 = B A y2 y z 3 3
T
{
}
是否是一个向量空间? 由于 a = (1, a1 ,L , a n )T ∈ V , 而 2a = (2,2a1 ,L ,2a n )T ∉ V , 所以该集合不是向量空间.
2
线性代数 第四章 向量组的线性相关性
维向量, 例22 . 设 a,b 为两个已知的 n 维向量,证明集合
V = {x = λa + µb | λ , µ ∈ R}
V = { x = λ1a1 + λ 2 a 2 + L + λ m a m | λ1 , λ 2 ,,L, a m 等价, 所以向量组 a1 , a 2 ,L, a m 的一个最大 等价, 无关组就是 V 的一个基, 向量组的秩就是 V 的维数. 的一个基, 的维数 (3)若向量空间 V ⊂ Rn , 则 V 的维数不会超过 n,并且,当 ) ,并且, V 的维数为 n 时,V = Rn. 的一个基 (4)若向量组 a1 , a 2 ,L , a r 是向量空间 V 的一个基, 则 V 可以表 ) 示为

线性代数课件(高教版)

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03
对于多于两个或三个方程的系统,克莱姆的规则在计算上非常低效;与具有多项式 时间复杂度的消除方法相比,其渐近的复杂度为O(n·n!)。即使对于2×2系统,克 拉默的规则在数值上也是不稳定的。
03
向量与向量空间
向量的概念
80%
向量的定义
向量是具有大小和方向的量,常 用箭头表示,箭头的长度代表向 量的大小,箭头的指向代表向量 的方向。
二次型的规范形
当二次型的标准形中$lambda_i$取值为$pm 1$时,称为 规范形。
化为标准形的方法
通过配方法或正交变换法可以将二次型化为标准形。
正定矩阵的概念与性质
正定矩阵的定义
对于任意非零向量$x$,都有$x^TAx > 0$,则称对称矩阵$A$为正定矩阵。
正定矩阵的性质
正定矩阵的行列式大于0;正定矩阵的特征值都大于0;正定矩阵一定可逆,且逆矩阵也是正定的;正定矩阵的合 同标准形中主对角线上的元素都大于0。
消元法、克拉默法则等。
矩阵的概念
零矩阵、对角矩阵、单位矩阵等。
矩阵的行数和列数。
由m×n个数排成的m行n列的数 表。
矩阵的阶 矩阵的定义
特殊矩阵
矩阵的运算
矩阵的加法
对应元素相加。
矩阵的数乘
每个元素乘以该数。
矩阵的乘法
满足结合律和分配律,但不满足交换律。
矩阵的转置
行列互换。
矩阵的初等变换
初等行变换
行列式的定义包括按行展开和按列展开两种方式,这 两种方式是等价的。
行列式的性质
行列式与它的转置行列式相等 。
互换行列式的两行(列),行 列式变号。
如果行列式有两行(列)完全 相同,则此行列式为零。

《线性代数第1讲》课件

《线性代数第1讲》课件

03
线性代数是数学的一个重要分支,广泛应用于 科学、工程和经济学等领域。
线性代数的基本性质
线性代数的运算具有结合律和交换律,例如矩阵乘法满足结合律和交换律 。
线性代数中的向量和矩阵具有加法、数乘和矩阵乘法的封闭性,即这些运 算的结果仍属于向量空间或矩阵集合。
线性代数中的一些基本概念,如向量空间的基底、向量的维数、矩阵的秩 等,具有明确的数学定义和性质。
04
线性变换在几何、物理和工程等领域有广泛应性方程组的解法
1 2
3
高斯-约当消元法
通过行变换将系数矩阵化为行最简形式,从而求解线性方程 组。
克拉默法则
适用于线性方程组系数行列式不为0的情况,通过求解方程 组得到未知数的值。
矩阵分解法
将系数矩阵分解为几个简单的矩阵,简化计算过程,如LU分 解、QR分解等。
THANKS
特征值与特征向量的应用
判断矩阵的稳定性
通过计算矩阵的特征值,可以判 断矩阵的稳定性,从而了解系统 的动态行为。
信号处理
在信号处理中,可以通过特征值 和特征向量的方法进行信号的滤 波、降噪等处理。
数据压缩
在数据压缩中,可以使用特征值 和特征向量的方法进行数据的压 缩和重构,提高数据的存储和传 输效率。
03
向量与向量空间
向量的定义与性质
01
基础定义
03
向量具有加法、数乘和向量的模等基本性质。
02
向量是有大小和方向的量,通常用实数和字母 表示。
04
向量的模是衡量其大小的标准,计算公式为 $sqrt{a^2 + b^2}$。
向量空间的概念
01
抽象空间
02
向量空间是一个由向量构成的集合,满足加法和数乘封闭性、

线性代数第一章ppt

线性代数第一章ppt
线性代数第一章
目录
CONTENTS
• 绪论 • 线性方程组 • 向量与向量空间 • 矩阵 • 特征值与特征向量
01
绪论
线性代数的定义与重要性
线性代数是数学的一个重要分支,主要研究线性方程组、向量空间、矩阵 等线性结构。它在科学、工程、技术等领域有着广泛的应用。
线性代数的重要性在于其提供了一种有效的数学工具,用于解决各种实际 问题中的线性关系问题,如物理、化学、生物、经济等。
向量空间中的零向量是唯一确定的,且对于任意 向量a,存在唯一的负向量-a。
向量空间的运算与性质
向量空间中的加法满足交换律和结合 律,即对于任意向量a和b,存在唯一 的和向量a+b;且对于任意三个向量a、 b和c,(a+b)+c=a+(b+c)。
向量空间中的数乘满足结合律和分配 律,即对于任意标量k和l,任意向量a 和b,存在唯一的结果k*(l*a)=(kl)*a 和(k+l)*a=k*a+l*a。
圆等。
经济学问题
线性方程组可以用来描述经济现象和 规律,例如供需关系、生产成本、利
润最大化等。
物理问题
线性方程组可以用来描述物理现象和 规律,例如力学、电磁学、热力学等。
计算机科学
线性方程组在计算机科学中有广泛的 应用,例如机器学习、图像处理、数 据挖掘等。
03
向量与向量空间
向量的定义与性质
01 向量是具有大小和方向的量,通常用有向线 段表示。 02 向量具有模长,即从起点到终点的距离。
特征值与特征向量的计算方法
定义法
幂法
谱分解法
根据特征值和特征向量的定义, 通过解方程组Ax=λx来计算特征 值和特征向量。这种方法适用于 较小的矩阵,但对于大规模矩阵 来说效率较低。

线性代数完整版ppt课件

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a 31 a 32 a 33 a13a22a31a12a21a33a11a23a32
规律:
1. 三阶行列式共有6项,即3!项.
2. 每一项都是位于不同行不同列的三个元素的乘积.
3. 每一项可以写成 a1p1a2p2(a3正p3负号除外),其中
是1、2、3的某个排列.
p1 p2 p3
4. 当 p1 p2 是p3偶排列时,对应的项取正号;
(方程组的系数行列式)
D1
b1 b2
a12 a22
D2
a11 a 21
b1 b2
则上述二元线性方程组的解可表示为
x1
b1a22 a11a22
a12b2 a12a21
D1 D
x2
a11b2b1a21 a11a22a12a21.
D2 D
10
例1
求解二元线性方程组
32x1x1 2xx22
12 1
3 2
1.4
.
14
例3 求解方程 1 1 1
2 3 x 0. 4 9 x2
解 方程左端 D 3 x 2 4 x 1 9 x 8 2 x 2 12 x25x6,
由 x25x60得
x2或 x3.
.
15
§2 全排列及其逆序数
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.
相减而得.
.
7
二元线性方程组
a11x1 a12x2 b1 a21x1 a22x2 b2
其求解公式为
x1
x
2
b1a 22 a11a 22 a11b2 a11a 22

线性代数课件

线性代数课件
a11 a21 a31 a12 a22 a32 a13 a23 a33
偶排列
奇排列
1
N ( j1 j2 j3 )
a1 j1 a2 j2 a3 j3
线性代数 第一章 行列式
11
定义 设有 n 2 个数,排成 n 行 n 列的数表
a11 a12 n 称为n 阶行列式. 简记为 a ij
it 这种变换称为对换,记作( i s ,)
定理1.1 任一 排列经过一次对换后奇偶性发生改变。
定理1.2
n! n级排列共有 n! 个,其中奇、偶排列相等,各为 2
线性代数 第一章 行列式
10
2
a11 a21 a31
n 阶行列式的定义
a12 a22 a32 a13 a23 a11a22a33 a12a23a31 a13a21a32 a13a22a31 a12a21a33 a11a23a32 a33
主讲
田立芳
统计与数学学院
目录 线性代数 第一章 行列式 退出
1


行列式 矩阵 线性空间 线性方程组 矩阵的特征值 二次型
线性代数 第一章 主页 行列式 线性代数
退出
2
第一章 行列式
§1 n 阶行列式的定义
§2 行列式的性质 §3 行列式的计算 §4 克莱姆法则
线性代数 第一章 行列式
3
§1.1
线性代数 第一章 行列式
18
性质1 对任何行列式D,有D=DT(行列式与其转置行列式相等) 证
D
T
将DT记为
于是有 bij a ji ( i , j 1,2, , n) 按行列式的定义

j1 j2 jn

线性代数第一章第一节PPT课件

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01递Biblioteka 公式法02递推公式法是根据行列式的性质和结构特点,利用递推公式来
计算行列式的方法。
递推公式法可以大大简化高阶行列式的计算过程,提高计算效
03
率。
行列式的计算方法
分块法
1
2
分块法是将高阶行列式分成若干个小块,然后利 用小块来计算整个行列式的方法。
3
分块法可以简化高阶行列式的计算过程,特别是 当行列式具有特定的结构特点时,分块法可以大 大提高计算效率。
01
向量空间
02
向量空间是线性代数中的一个重要概念,而行列式在向量 空间的定义和性质中也有着重要的应用。例如,通过行列 式可以判断一个向量集合是否构成向量空间,以及向量空 间的一些基本性质。
03
行列式在向量空间中的应用可以帮助我们更好地理解线性 代数的本质和结构特点。
05
特征值与特征向量
特征值与特征向量的定义
转置等特殊运算。
向量与矩阵的关系
关联性
04
向量可以用矩阵来表示,矩 阵中的每一行可以看作是一 个向量。
01 03
•·
02
向量和矩阵在数学中是密切 相关的概念,矩阵可以看作 是向量的扩展。
04
行列式
行列式的定义与性质
基本概念
行列式是由数字组成的方阵,按照一定的规则计 算出的一个数。
行列式具有一些基本的性质,如交换律、结合律、 分配律等。
向量可以用有向线段、坐 标系中的点或有序数对来 表示。
向量有大小和方向两个基 本属性,大小表示向量的 长度,方向表示向量的指 向。
矩阵的定义与运算
•·
02
基础运算
01
03
矩阵是一个由数字组成的矩 形阵列,表示二维数组。
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初等变换的逆变换仍为初等变换, 且变换类型
相同.
ri k
逆变换
ri
(1) k

ri
k;
krj ri 逆变换 (k )rj ri .
ri rj 逆变换 ri rj;
如果矩阵 A 经有限次初等变换变成矩阵 B,
就称矩阵 A 与 B 等价,记作 A ~ B.或A B.
等价关系的性质: (1) 反身性 A A; (2)对称性 若 A B ,则 B A;
01
03 06
21 51 39
12 15 73
2 2 9243
23360rr11rr34 B2
r2 2 1 1 2 1 4
5r2 r3 0
3r2 r4
0 0
1 0 0
1 0 0
1 2 1
0 6
B3
3
1 rB323r3 r4000r4
11 10 00 00
12 11 00 00
第五节 矩阵的初等变换
引例 矩阵的初等变换 初等矩阵
一、消元法解线性方程组
分析:用消元法解下列方程组的过程.
引例 求解线性方程组
2 x1 x2 x3 x4 2, 1
4
x1 x2 2 x3 x1 6 x2 2 x3
x4 2 x4
4, 4,
2
3 2
(1)
3 x1 6 x2 9 x3 7 x4 9, 4
注意:行最简形矩阵是由方程组唯一确定的,行 阶梯形矩阵的行数也是由方程组唯一确定的.
行最简形矩阵再经过初等列变换,可化成标 准形.
1 0 1 0 4
例如,B 5
0 0
1 0
(3)传递性 若 A B,B C,则 A C. 具有上述三条性质的关系称为等价. 例如,两个线性方程组同解,
就称这两个线性方程组等价
定理5.1 设A为m×n矩阵,则A必可经过有限次初等 变换化为如下形式:
1
G
Er O
O
O
1
0
0
0
0
其中0 r min(m, n), G称为矩阵A在初等变换下的标准

(1)
1 2 3 2
32 21 3
31 4
x1 x2 2 x3 x4 4, 1
2 x1 x2 x3 x4 2, 2 x1 3 x2 x3 x4 2,
2 3
3 x1 6 x2 9 x3 7 x4 9, 4
x1 x2 2 x3 x4 4, 1
2 x2 5 x2
(3)交换方程次序; ( i 与 j相互替换)
3.上述三种变换都是可逆的. 若( A) i k (B), 则(B) i k ( A);
若( A) k j i (B), 则(B) k j i ( A).
若( A) i j (B), 则(B) i j ( A);
由于三种变换都是可逆的,所以变换前的 方程组与变换后的方程组是同解的.故这三种 变换是同解变换.
00 00 00 00 00
阶梯数即是非零行的行数,阶梯线的竖线后面 的第一个元素为非零元,即非零行的第一个非 零元.
行阶梯形矩阵B5还称为行最简形矩阵,即非 零行的第一个非零元为1,且这些非零元所在的列 的其他元素都为零.
定理5.2 对于任何矩阵Amn ,总可经过有限次初等行 变换把他变为行阶梯形和行最简形.
形,简称为标准形矩。
用矩阵的初等行变换 解方程组(1):
2 1 1 1 2
B
1 4
1 6
2 2
1 2
4 4
3 6 9 7 9
1 1 2 1 4
r1 r2 r3 2
2 2 3
1 3
6
1 1
9
1 1
7
2 2
B1
9
r3 r12
1
12
12
4 1
r34 r2
B123rr11322rr34
34
2 3 4
x2 x3 x4 0, x4 3,
2 3
0 0,
4
用“回代”的方法求出解:
(B3 ) (B4 )
于是解得
x1 x2
x3 x3
4 3
x4 3
其中x3为任意取值.
或令x3 c,方程组的解可记作
x1 c 4
x
x2 x3 x4
c
c
3
,
3
1 4
因为在上述变换过程中,仅仅只对方程组的 系数和常数进行运算,未知量并未参与运算.
若记
2 1 1 1 2
B
(
A
b)
1 4
1 6
2 2
1 2
4 4
3 6 9 7 9
则对方程组的变换完全可以转换为对矩阵B(方 程组(1)的增广矩阵)的变换.
二、矩阵的初等变换
定义5.1 下面三种变换称为矩阵的初等行变换:
(1)用一个非零的数乘矩阵的某行,记作ri k ;
(2)用一个数乘矩阵的某行后再加到另一行上去,
记作krj ri ;
(3)交换矩阵的两行,记作 ri rj ;
分别称为倍法变换、消法变换、换法变换。
同理可定义矩阵的初等列变换(所用记号是 把“r”换成“c”).
定义 矩阵的初等列变换与初等行变换统称为 初等变换.
2 x3 5 x3
2 x4 3 x4
0, 6,
2 3
3 x2 3 x3 4 x4 3, 4
(B1 ) (B2 )
2 1 2
5 2 3 32 4
x1 x2 2 x3 x4 4,
x2 x3 x4 0, 2x4 6,
x4 3,
1 2 3 4
x1 x2 2 x3 x4 4, 1
即x
c
1 1
3 0
0 3
(2)
其中c为任意常数.
小结:
1.上述解方程组的方法称为消元法. 2.始终把方程组看作一个整体变形,用到如 下三种变换
(1)以不等于0的数去乘某个方程; (以 i k 替换 i )
(2)用一个数k去乘某个方程后加到另一个方程上; (以 k j i 替换 i )
x
x2
x3 x4
c 3 c 3
c
1 1
0
3 0 3
其中c为任意常数.
矩阵 B4 和 B5 都称为行阶梯形矩阵. 特点:
(1)、可划出 一条阶梯线,线 的下方全为零;
(2)、每个阶 梯只有一行,
11 00
00
01 11 00
12 11
00
01 01 11
3404 33
B
54
12 11 20 10
14 10 16 03
4 030r32r3 Brr444
1 0 1 0 4
r2 r1
r3 r2
0 0 0
1 0 0
1 0 0
0 1 0
3 3
B
5
0
B5
对应的方程组为
x1 x2
x3 x3
4 3
x4 3
或令x3 c,方程组的解可记作
x1 c 4 1 4
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