线性代数知识点归纳同济第五版
发布时间:2020-07-08 07:14:28
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线性代数复习要点
第一部分 行列式
1. 排列的逆序数
2. 行列式按行(列)展开法则
3. 行列式的性质及行列式的计算
行列式的定义
1. 行列式的计算:
(定义法)
(降阶法)行列式按行(列)展开定理:
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的乘积之和.
推论:行列式某一行(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.
(化为三角型行列式)上三角、下三角、主对角行列式等于主对角线上元素的乘积.
④ 若
例 计算
解
⑤ 关于副对角线:
⑥ 范德蒙德行列式:
例 计算行列式
⑦ 型公式:
⑧ (升阶法)在原行列式中增加一行一列,保持原行列式不变的方法.
⑨ (递推公式法) 对阶行列式找出与或,之间的一种关系——称为递推公式,其中
,,等结构相同,再由递推公式求出的方法称为递推公式法.
(拆分法) 把某一行(或列)的元素写成两数和的形式,再利用行列式的性质将原行列式写成两行列式之和,
使问题简化以例计算.
⑩ (数学归纳法)
2. 对于
3. 证明
①、
②、反证法;
③、构造齐次方程组
④、利用秩,证明
⑤、证明0是其特征值.
4. 代数余子式和余子式的关系:
第二部分 矩阵
1. 矩阵的运算性质
2. 矩阵求逆
3. 矩阵的秩的性质
4. 矩阵方程的求解
1. 矩阵的定义 由
记作:
① 同型矩阵:两个矩阵的行数相等、列数也相等.
② 矩阵相等: 两个矩阵同型,且对应元素相等.
③ 矩阵运算
a. 矩阵加(减)法:两个同型矩阵,对应元素相加(减).
b. 数与矩阵相乘:数与矩阵的乘积记作 或,规定为.
c. 矩阵与矩阵相乘:设, ,则,
其中
注:矩阵乘法不满足:交换律、消去律, 即公式
a. 分块对角阵相乘:
b. 用对角矩阵
c. 用对角矩阵
d. 两个同阶对角矩阵相乘只用把对角线上的对应元素相乘.
④ 方阵的幂的性质:
⑤ 矩阵的转置:把矩阵的行换成同序数的列得到的新矩阵,叫做的转置矩阵,记作.
a. 对称矩阵和反对称矩阵: 是对称矩阵 .
是反对称矩阵 .
b. 分块矩阵的转置矩阵:
⑥ 伴随矩阵:
分块对角阵的伴随矩阵:
矩阵转置的性质: | |||||
矩阵可逆的性质: | |||||
伴随矩阵的性质: | |||||
2. 逆矩阵的求法 方阵可逆 .
伴随矩阵法
初等变换法
例 求的逆矩阵.
解
分块矩阵的逆矩阵:
④
⑤ 配方法或者待定系数法 (逆矩阵的定义
例 设方阵
解 由
由
3. 行阶梯形矩阵 可画出一条阶梯线,线的下方全为
线后面的第一个元素非零. 当非零行的第一个非零元为1,且这些非零元所在列的其他元素都是
称为行最简形矩阵
4. 初等变换与初等矩阵 对换变换、倍乘变换、倍加(或消法)变换
初等变换 | 初等矩阵 | 初等矩阵的逆 | 初等矩阵的行列式 |
☻矩阵的初等变换和初等矩阵的关系:
① 对
② 对
注意: 初等矩阵是行变换还是列变换,由其位置决定:左乘为初等行矩阵、右乘为初等列矩阵.
5. 矩阵的秩 关于
①、
②、
③、
☻矩阵的秩的性质:
①
②
③
④
⑤
⑥ 若
⑦ 若
若
⑧
⑨
⑩
☻求矩阵的秩:定义法和行阶梯形阵方法
6 矩阵方程的解法(
第三部分 线性方程组
1. 向量组的线性表示
2. 向量组的线性相关性
3. 向量组的秩
4. 向量空间
5.线性方程组的解的判定
6. 线性方程组的解的结构(通解)
(1)齐次线性方程组的解的结构(基础解系与通解的关系)
(2)非齐次线性方程组的解的结构(通解)
1.线性表示:对于给定向量组,若存在一组数使得,
则称是的线性组合,或称称可由的线性表示.
线性表示的判别定理:
可由的线性表示
由
①、
②、
③、
④、
⑤、有解的充要条件:
2. 设
则
即:
同理:
即:
3. 线性相关性
判别方法:
法1
法2
法3
推论
♣ 线性相关性判别法(归纳)
♣ 线性相关性的性质
1 零向量是任何向量的线性组合,零向量与任何同维实向量正交.
2 单个零向量线性相关;单个非零向量线性无关.
3 部分相关,整体必相关;整体无关,部分必无关. (向量个数变动)
4 原向量组无关,接长向量组无关;接长向量组相关,原向量组相关. (向量维数变动)
5 两个向量线性相关
6 向量组
7 若
4. 最大无关组相关知识
向量组的秩 向量组
矩阵等价
向量组等价
1 矩阵的行向量组的秩
行阶梯形矩阵的秩等于它的非零行的个数.
2 矩阵的初等变换不改变矩阵的秩,且不改变行(列)向量间的线性关系
3 向量组
向量组
4 向量组
5 任一向量组和它的极大无关组等价.向量组的任意两个极大无关组等价.
6 向量组的极大无关组不唯一,但极大无关组所含向量个数唯一确定.
7 若两个线性无关的向量组等价,则它们包含的向量个数相等.
8 设
5. 线性方程组理论
线性方程组的矩阵式
(1)解得判别定理
(2)线性方程组解的性质:
(3) 判断
①
②
③
(4) 求非齐次线性方程组Ax = b的通解的步骤
例 求下述方程组的解
解 ,
由于,知线性方程组有无穷多解.
原方程组等价于方程组,
令
求得等价方程组对应的奇次方程组的基础解系
求特解: 令,得 故特解为
所以方程组的通解为 ,(为任意常数).
(5)其他性质
一个齐次线性方程组的基础解系不唯一.
√ 若
√
① 它们的极大无关组相对应,从而秩相等;
② 它们对应的部分组有一样的线性相关性;
③ 它们有相同的内在线性关系.
√ 矩阵
矩阵
第四部分 方阵的特征值及特征向量
1. 施密特正交化过程
2. 特征值、特征向量的性质及计算
3. 矩阵的相似对角化,尤其是对称阵的相似对角化
1.① 标准正交基
② 向量
③
④ 向量
⑤
2. 内积的性质: ① 正定性:
② 对称性:
③ 线性性:
3. ① 设A是一个n阶方阵, 若存在数和n维非零列向量, 使得
,
则称是方阵A的一个特征值,为方阵A的对应于特征值的一个特征向量.
②
③
④
⑤
⑥ 上三角阵、下三角阵、对角阵的特征值就是主对角线上的
⑦ 若
⑧
为:
⑨ 若
① 若
②
⑩
4. 特征值与特征向量的求法
(1) 写出矩阵A的特征方程
(2) 根据
设
则A 对应于特征值
其中
例 求
解 第一步:写出矩阵A的特征方程,求出特征值.
解得特征值为
第二步:对每个特征值代数齐次线性方程组
当 时,齐次线性方程组为
得基础解系:
当 时,齐次线性方程组为
得基础解系:
故对应于特征值的全部特征向量为
5. ①
②
③
6. 相似矩阵的性质:
①
②
③
④
⑤若
7. 矩阵对角化的判定方法
① n 阶矩阵A可对角化 (即相似于对角阵) 的充分必要条件是A有n个线性无关的特征向量.
这时,
设
②
③ 若
8. 实对称矩阵的性质:
① 特征值全是实数,特征向量是实向量;
② 不同特征值对应的特征向量必定正交;
③ 一定有
④ 必可用正交矩阵相似对角化,即:任一实二次型可经正交变换化为标准形;
⑤ 与对角矩阵合同,即:任一实二次型可经可逆线性变换化为标准形;
⑥ 两个实对称矩阵相似
9. 正交矩阵
正交矩阵的性质:①
②
③ 正交阵的行列式等于1或-1;
④
⑤ 两个正交阵之积仍是正交阵;
⑥
10.
例 实对称阵
解
所以A的特征值为
当
当
当
令
令
11. 施密特正交规范化
单位化:
技巧:取正交的基础解系,跳过施密特正交化。让第二个解向量先与第一个解向量正交,再把第二个解向量代入方程,确定其自由变量.
第四部分 二次型
1. 二次型及其矩阵形式
2. 二次型向标准形转化的三种方式
3. 正定矩阵的判定
1. ① 二次型
其中
②
③ 正惯性指数 二次型的规范形中正项项数
符号差
④ 两个矩阵合同
⑤ 两个矩阵合同的充分条件是:
⑥ 两个矩阵合同的必要条件是:
2.
① 正交变换法
② 配方法
(1)若二次型含有的平方项,则先把含有的乘积项集中,然后配方,再对其余的变量同样进行,
直到都配成平方项为止,经过非退化线性变换,就得到标准形;
(2) 若二次型中不含有平方项,但是 (), 则先作可逆线性变换
,
化二次型为含有平方项的二次型,然后再按(1)中方法配方.
③ 初等变换法
3. 正定二次型
正定矩阵 正定二次型对应的矩阵.
4.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)存在可逆矩阵
5. (1)合同变换不改变二次型的正定性.
(2)
(3)
(4)
(5)
6. 半正定矩阵的判定
一些重要的结论
√ 关于
称为
④
⑤任意一个