1 行列式
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1.1 相关概念
1. 逆序,逆序数,偶排列,奇排列; 2. 性质:行列对等、交换行反号、行乘 k 提出、元素和可以展开、某行加上 k 倍另一行值不变; 3. 余子式、代数余子式、按行/列展开公式、另一行乘余子式为零、拉普拉斯展开式、范德蒙展开式; 4. 性质:乘法公式(及平方公式)、伴随阵、逆矩阵行列式、行列式与特征值的关系、相似矩阵行列式。
1.2 理解
行列式的含义可以理解为:
1. **矩阵的所有列向量在 n 维空间张成的立体(2n 面体)的体积;** 例如,3x3 矩阵各列表示一个三维点,三个点可张成一个长方体,行列式的值即是该长方体的体积。所以才会有如下性质: (1)当两列成比例时,行列式值为零;因为三点共面,体积为零; (2)某列乘以常数 k,则行列式扩大 k 倍;因为沿某条变扩大 k 倍,体积自然扩大 k 倍; (3)某列的每个元素是两个元素之和,则可拆成两个行列式之和;亦即长方体可拆成两部分; (4)某列加上 k 倍的另一列,值不变;因为张成的立方体形状不变。 2. **矩阵对应的线性变换对空间拉伸程度的度量,即 n 维空间的物体经过变换前后的体积比。** 所以才会有如下性质: (1)乘法公式: $|AB|=|A| |B|$,因为拉伸程度为两次拉伸之积; (2)逆矩阵公式:$| A^{-1} | = | A |^{-1}$,因为逆拉伸程度自然是拉伸的倒数; (3)特征值公式:$| A | = \prod_{i=1}^n \lambda_i$ ,因为拉伸值为各个基上的拉伸值之积。
1.3 计算
1. 直接根据定义计算:不同行且不同列上元素乘积的代数和,即 \(A_n^n\) 项的代数和,右下斜线方向为正,左下斜线方向为负; 2. 根据余子式展开计算:在某行或某列用余子式展开式计算行列式的值; 3. 计算技巧: (a) 数字行列式:主要是根据行列式的性质对行列式化简 (1)把某行/列的 k 倍加到其余行消除元素产生零或三角阵,再用余子式展开公式计算 (2)逐行/列相加化简 (3)数学归纳法 (4)公式法:记住拉普拉斯和范德蒙展开式 (b) 抽象行列式:主要是根据逆矩阵、矩阵乘积、转置、伴随、特征值等与行列式的关系来计算
证明零矩阵时,反证法要想得到。
2 矩阵(相关课时待补充)
2.1 理解
可以从四个角度理解矩阵的意义:
1. **矩阵是数据(向量)的组合(数据)** 矩阵可以看成是行/列向量组,每个向量代表一个高维空间的数据点。矩阵的秩可理解为向量组的真实维度。 2. **矩阵是一种坐标变换(函数)** 将向量从一个空间变换到另一个空间,或者从一组基上的坐标变换到另一组基上的坐标。矩阵可逆则代表变换也是可逆的,即所有经过映射的数据可以经由另一个矩阵无损地映射回来。因此可逆的充要条件是矩阵满秩,即它并未压缩空间。 3. **矩阵是一组基(字典)** 4. **矩阵是坐标的集合(坐标)**
2.1 主要相关概念
基本运算;可逆,求逆;秩;初等变换与初等矩阵;分块。
1. 逆:可逆充要条件、伴随阵、求法(伴随阵除以行列式、(A|E) 初等变换、定义、分块公式) 2. 初等阵:三种初等变换、等价于左右乘初等阵、等价矩阵、等价标准形、可逆矩阵等价于单位阵 3. 秩:定义(根据子式)、矩阵和、积秩的不等式、分块公式
伴随阵的秩只能取 n, 1, 0 三种(自己验证)。