矩阵论的知识包括如图的六个部分,我们首先来总结一下线性代数的知识点和矩阵论的第一节,矩阵化简。
目录
行列式(det(A)):
矩阵:
线性方程组的解法:
相似矩阵(对角化):
约当(Jordan)型:
行列式(det(A)):
表示一个数(行列式中所有不同行不同列的元素乘积的代数和,每一项的符号与列标的逆序数有关)。计算时,通常用任意一行或一列的各元素与其代数余子式的乘积之和来表示。
行列式的运算规则:k乘行列式的某一行,等于用k乘行列式 kdet(A)
对换行列式的两行(列)->行列式的符号改变
k乘行列式的一行再加到另一行上,行列式的值不变
因此,若行列式有两行成比例,则可通过上述的运算将行列式的某一行变为0,行列式的值为0
矩阵:
一个由
个数组成的m行n列的数表,如
维、
维
每个方阵对应一个行列式。
单位矩阵:对角线为1,其他值为0的方阵
矩阵的逆:可以通过矩阵的行列式来求解
矩阵的秩r(rank(A)):矩阵的行列式不为0的子式的最高阶数。
矩阵的初等变换:1 互换两行(列)
2 常数k乘以某一行(列)
3 常数k乘以某一行(列)加到另一行(列)
初等方阵:对单位矩阵进行一次初等变换所得到的方阵。
经过初等变换得到的矩阵与原矩阵等价,初等变换不改变矩阵的秩
对矩阵A进行一次初等行(列)变换,就相当于左(右)乘一个相应的初等方阵
线性方程组的解法:
对其增广矩阵进行初等变换为阶梯形矩阵。若r=n,则有唯一解,若r
下面进入我们矩阵论学习的内容啦(其实这部分线性代数也讲过,相当于和研究生课程重叠了一小块吧):
相似矩阵(对角化):
特征向量:
其中,特征向量构成的矩阵即为P(可使矩阵A对角化)。
特征多项式:
ps:特征多项式是一个以
为未知数的多项式,不是一个数或一个矩阵。
求矩阵的特征值,特征向量,判断是否可对角化的过程:
求出矩阵的特征多项式->其根为特征值->特征值代入特征多项式->求出对应特征向量->若几何重数小于代数重数,即线性无关的特征向量的个数小于n->则不能化为对角形(但可化为Jordan型)
注意:n个线性无关的特征向量不代表矩阵的秩为n,两者并没有直接关系。
约当(Jordan)型:
由若干约当块组成。任何方阵都可以通过相似变换化为约当型
求矩阵的约当型的步骤(3种方法):
1 特征多项式矩阵->经过初等变换,化为史密斯标准型->求出不变因子->分解求出初等因子->每个初等因子对应一个约当块->组合成为约当型
ps:所有初等因子的幂次和为n
2 特征多项式矩阵->求出k阶子式的最大公因式->高阶除以低阶,由此得出初等因子->每个初等因子对应一个约当块->组合成为约当型
3步骤同前面求可对角化矩阵特征向量的过程,只是求出的特征向量个数小于n,说明那个特征值对应的空间维数小于其重根数,则这个特征值对应一个(也可能是多个)约当块,其他的特征值对应对角线上的一个值。
ps:举例,一个三阶矩阵的特征值为1,2,其中特征值2为2重根,求特征向量,1对应一个特征向量,2对应一个特征向量,则说明几何重数小于代数重数,不能对角化,因此1对应一个一阶约当块,2对应一个二阶约当块。
应用:
由矩阵可化为约当型及约当型的性质可推出:汉密尔凯莱定理
由这个定理可以进行矩阵多项式的化简。流程如下:
将矩阵多项式化为更简单的形式,运算化简