线性代数——(期末突击)矩阵(下)-习题篇(初等变换求逆矩阵、矩阵乘法、求矩阵方程、求线性方程组、解齐次线性方程组)

目录

初等变换求逆矩阵

矩阵乘法

求矩阵方程

求线性方程组 

解齐次线性方程组

带有未知数的方程组


初等变换求逆矩阵

如果eq?%28A%5Cvdots%20E%29%5Crightarrow%20%28E%5Cvdots%20X%29,则A可逆,且eq?A%5E%7B-1%7D%3DX

例题:

eq?A%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%201%20%26%202%20%26%203%5C%5C%202%20%26%201%20%262%20%5C%5C%201%26%203%20%26%204%20%5Cend%7Bbmatrix%7D,求A的逆矩阵。


133ff55b40a14000a6b57c176ea18549.jpeg

矩阵乘法

eq?A%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%200%20%260%20%5C%5C%200%20%26%201%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%2CB%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%200%20%261%20%5C%5C%200%26%200%20%5Cend%7Bbmatrix%7D     求AB,BA.


矩阵之间的乘法是行乘以列,以这道题为例,具体地说,

相乘的结果矩阵 第一行第一列的数,等于第一个矩阵第一行的所有数对应乘第二个矩阵的第一列的所有数并相加;

相乘的结果矩阵 第一行第二列的数,等于第一个矩阵第一行的所有数对应乘第二个矩阵的第二列的所有数并相加;

相乘的结果矩阵 第二行第一列的数,等于第一个矩阵第二行的所有数对应乘第二个矩阵的第一列的所有数并相加;

相乘的结果矩阵 第二行第二列的数,等于第一个矩阵第二行的所有数对应乘第二个矩阵的第二列的所有数并相加;

也就是:

d61050ab791a4a19b6906df923135105.png

故而易求得 :

eq?AB%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%200%20%260%20%5C%5C%200%26%200%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%2CBA%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%200%20%261%20%5C%5C%200%20%26%200%20%5Cend%7Bbmatrix%7D


可以练习下面这道题重新感受一下:

eq?A%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%201%20%26%200%20%261%20%5C%5C%202%20%261%20%260%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%2CB%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%201%20%260%20%261%20%261%20%5C%5C%201%26%201%20%26%202%20%26%20-1%5C%5C%20-1%20%26%200%20%26%20-1%26%200%20%5Cend%7Bbmatrix%7D,求AB。

答案:

eq?AB%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%200%20%26%200%20%260%20%26%201%5C%5C%203%261%20%26%204%20%26%201%20%5Cend%7Bbmatrix%7D

求矩阵方程

eq?A%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%204%20%26%202%26%203%5C%5C%201%261%20%260%20%5C%5C%20-1%20%262%20%263%20%5Cend%7Bbmatrix%7Deq?Ax%3DA+2x,求x.


首先可以把x移到等式左边,

eq?Ax-2x%3DA

按照正常解方程的思维,我们会把x提出来,如下所示,

eq?%28A-2%29x%3DA

但是A是矩阵,矩阵不能与一个常数进行加减的运算,于是乘以单位矩阵E。

eq?%28A-2E%29x%3DA

这样才是正确的形式,然后我们再来判断eq?A-2E是否可逆,也就是算它的行列式的值:

eq?%5Cleft%20%7C%20A-2E%20%5Cright%20%7C%5Cneq%200

所以eq?A-2E可逆,这时我们给等式两边同时左乘eq?%28A-2E%29%5E%7B-1%7D

eq?%28A-2E%29%5E%7B-1%7D%28A-2E%29x%3D%28A-2E%29%5E%7B-1%7DA

也就是乘以eq?A-2E的逆,左乘的顺序不能换,根据性质可知,可逆的矩阵乘以自身的逆矩阵等于单位矩阵E,得:

eq?x%3D%28A-2E%29%5E%7B-1%7DA

矩阵A已知,计算出结果即可。

再来看另一道类似的题目:

已知矩阵方程eq?Ax+E%3DA%5E2+x,其中eq?A%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%202%20%260%20%260%20%5C%5C%200%20%262%20%260%20%5C%5C%201%20%26%206%20%26%202%20%5Cend%7Bbmatrix%7D,求x.


eq?Ax+E%3DA%5E2+x,将x与E对调,提出x,得:

eq?%28A-E%29x%3DA%5E2-E

eq?A-E%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%201%20%260%20%260%20%5C%5C%200%20%261%20%260%20%5C%5C%201%20%266%20%26%201%20%5Cend%7Bbmatrix%7D可逆,

故可得:

eq?x%3DA+E%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%203%20%26%200%260%20%5C%5C%200%20%263%20%26%200%5C%5C%201%26%206%20%26%203%20%5Cend%7Bbmatrix%7D

求线性方程组 

先将线性方程组eq?%5Cleft%5C%7B%5Cbegin%7Bmatrix%7D%202x_1+2x_2+3x_3%20%3D8%26%20%5C%5C%20x_1-x_2%3D1%20%26%20%5C%5C%20-x_1+2x_2+x_3%3D1%20%26%20%5Cend%7Bmatrix%7D%5Cright.写成矩阵形式,然后求解。


矩阵形式:

eq?%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%202%20%26%202%20%263%20%26%5Cvdots%20%268%20%5C%5C%201%20%26-1%20%260%20%26%5Cvdots%20%261%20%5C%5C%20-1%20%262%20%261%20%26%5Cvdots%20%261%20%5C%5C%20%5Cend%7Bbmatrix%7D 

然后对该矩阵作初等变换,将虚线左边的矩阵变换为单位矩阵, 可得:

eq?%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%201%20%260%20%260%20%26%5Cvdots%20%261%20%5C%5C%200%20%261%20%260%20%26%20%5Cvdots%20%26%200%20%5C%5C%200%20%26%200%20%261%20%26%20%5Cvdots%20%26%202%20%5Cend%7Bbmatrix%7D

原方程组与该矩阵对应的方程组同解,于是:

eq?%5Cleft%5C%7B%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_1%3D1%5C%5C%20x_2%3D0%5C%5C%20x_3%3D2%20%5Cend%7Bmatrix%7D%5Cright.


另一种写法:

将方程组写成矩阵方程:

eq?%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%202%20%262%20%263%20%5C%5C%201%20%26%20-1%20%260%20%5C%5C%20-1%20%262%20%261%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20x_1%5C%5C%20x_2%5C%5C%20x_3%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%208%5C%5C%201%5C%5C%201%20%5Cend%7Bbmatrix%7D

即,eq?eq?

eq?AX%3DB

因为eq?%5Cleft%20%7C%20A%20%5Cright%20%7C%3D-1%5Cneq%200,故eq?A%5E%7B-1%7D存在,所以:

eq?X%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20x_1%5C%5C%20x_2%5C%5Cx_3%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%3DA%5E%7B-1%7DB%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B%5Cbegin%7Bvmatrix%7D%202%20%262%20%263%20%5C%5C%201%26%20-1%26%200%5C%5C%20-1%26%202%20%261%20%5Cend%7Bvmatrix%7D%7D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20-1%20%264%20%263%20%5C%5C%20-1%26%205%26%203%5C%5C%201%26%20-6%20%26-4%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%208%5C%5C%201%5C%5C%201%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%3D-%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20-1%5C%5C%200%5C%5C%20-2%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%201%5C%5C%200%5C%5C%202%20%5Cend%7Bbmatrix%7D

解齐次线性方程组

判断齐次线性方程组

eq?%5Cleft%5C%7B%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_1-x_2+5x_3-x_4%3D0%5C%5C%20x_1+x_2-2x_3+3x_4%3D0%5C%5C%203x_1-x_2+8x_3+x_4%3D0%5C%5C%20x_1+3x_2-9x_3+7x_4%3D0%20%5Cend%7Bmatrix%7D%5Cright.的解的情况,并求其非零解.(有非零解的充要条件是系数矩阵的行列式的值为零)


讲方法,先将该齐次线性方程组的系数矩阵写出来:

eq?A%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%201%20%26%20-1%20%26%205%20%26%20-1%5C%5C%201%26%201%26%20-2%20%263%20%5C%5C%203%20%26%20-1%268%20%261%20%5C%5C%201%263%20%26-9%20%267%20%5Cend%7Bbmatrix%7D

经过一通初等变换,得到它的标准式(最重要的、不能计算出错的一步):

eq?%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%201%20%26%200%20%26%5Cfrac%7B2%7D%7B3%7D%20%261%20%5C%5C%200%20%261%20%26-%5Cfrac%7B7%7D%7B2%7D%20%26%202%5C%5C%200%20%26%200%20%260%20%260%20%5C%5C%200%20%26%200%20%260%20%260%20%5Cend%7Bbmatrix%7D

所以A的秩为2,(矩阵的秩小于未知数的量为无穷解,等于未知数的量时有唯一解,大于未知数的量则为无解)

eq?%5Cbecause%20r%28A%29%3D2%3C4

所以有无穷个解,且eq?x_3%2Cx_4为自由变量,设eq?x_3%3DC_1%2Cx_4%3DC_2%28C_1%2CC_2%5Cvarepsilon%20R%29

eq?%5Cleft%5C%7B%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_1+%5Cfrac%7B2%7D%7B3%7Dx_3+x_4%3D0%5C%5C%20x_2-%5Cfrac%7B7%7D%7B2%7Dx_3+2x_4%3D0%20%5Cend%7Bmatrix%7D%5Cright.

即通解为,

eq?%5Cleft%5C%7B%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_1%3D-%5Cfrac%7B3%7D%7B2%7DC_1-C_2%5C%5C%20x_2%3D%5Cfrac%7B7%7D%7B2%7DC_1-2C_2%5C%3A%20%5C%5C%20x_3%3DC_1%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%5C%20x_4%3DC_2%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5C%3A%20%5Cend%7Bmatrix%7D%5Cright.%20%28C_1%2CC_2%5Cepsilon%20R%29

也可写作:

eq?%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20x_1%5C%5C%20x_2%5C%5C%20x_3%5C%5C%20x_4%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%3DC_1%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20-%5Cfrac%7B3%7D%7B2%7D%5C%5C%20%5Cfrac%7B7%7D%7B2%7D%5C%5C%201%5C%5C%200%20%5Cend%7Bbmatrix%7D+C_2%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20-1%5C%5C%20-2%5C%5C%200%5C%5C%201%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%20%28C_1%2CC_2%5Cepsilon%20R%29 

eq?C_1%5Cneq%20C_2%5Cneq%200时,得非零解。

带有未知数的方程组

当k为何值时,方程组

eq?%5Cleft%5C%7B%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_1+2x_2+kx_3%3D1%5C%5C%202x_1+kx_2+8x_3%3D3%20%5Cend%7Bmatrix%7D%5Cright. 有解或无解?在方程组有解时,求出方程组的解.

对方程组的增广矩阵进行初等变换:

eq?%5Coverline%7BA%7D%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%201%20%262%20%26k%20%26%5Cvdots%20%261%20%5C%5C%202%20%26%20k%20%268%20%26%20%5Cvdots%20%263%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%5Crightarrow%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%201%20%26%202%26%20k%20%26%5Cvdots%20%261%20%5C%5C%200%20%26k-4%20%26%208-2k%20%26%5Cvdots%20%261%20%5Cend%7Bbmatrix%7D 

eq?k-4%3D8-2k%3D0时,即eq?k%3D4时方程组无解;

eq?k%5Cneq%204时方程组有解,继续进行初等变换,得:

 eq?%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%201%20%262%20%26%20k%20%26%201%5C%5C%200%20%261%20%26%20-2%20%26%20%5Cfrac%7B1%7D%7Bk-4%7D%20%5Cend%7Bbmatrix%7D

化为标准式:

eq?%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%201%20%260%20%26k+4%20%261-%5Cfrac%7B1%7D%7Bk-4%7D%20%5C%5C%200%26%201%20%26%20-2%26%20%5Cfrac%7B1%7D%7Bk-4%7D%20%5Cend%7Bbmatrix%7D

解得:

eq?x_1%3D%5Cfrac%7Bk-6%7D%7Bk-4%7D-%28k+4%29C

eq?x_2%3D%5Cfrac%7B1%7D%7Bk-4%7D+2C

eq?x_3%3DC%28C%5Cepsilon%20R%29


END


本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.hqwc.cn/news/336147.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系编程知识网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

删除的文件如何恢复? 9 个简单的数据恢复软件方法分享

无论是由于软件或硬件故障、网络犯罪还是意外删除,数据丢失都会让人感到压力和不快。 数据丢失的主要原因是意外删除,任何人都可能随时发生这种情况,尽管他们知道应该备份数据。毕竟,犯错是人之常情! 如果是&#xf…

【Vue3】2-8 : 条件渲染与列表渲染及注意点

本书目录:点击进入 一、条件渲染 - v-if 表达式 1.1 真值与假值 1.2 v-if ,v-else-if ,v-else 1.3 实战:isShow1 为真值时 显示 bbbbb > 代码 > 效果 二、列表渲染 - v-for 2.1 渲染 - 数组 &…

【Proteus仿真】【Arduino单片机】智能感应温控风扇

文章目录 一、功能简介二、软件设计三、实验现象联系作者 一、功能简介 本项目使用Proteus8仿真Arduino单片机控制器,使用LCD1602液晶显示模块、DS18B20温度、按键、声光报警、L293D电机驱动等。 主要功能: 系统运行后,LCD1602显示传感器检…

MyBatis 源码分析(五):异常模块

1、前言 上一篇我们解了Mybatis解析器模块,本篇我们来了解反射模块。本文,我们来分享 MyBatis 的异常模块。 对应 exceptions 包,如下图所示: 在 MyBatis源码分析(二):项目结构 中,简…

Python处理字符串-正则提取遇到的第一个完整括号内容处理后替换

1.场景分析 该场景介绍如何用python语言,使用正则表达式处理字符串内第一个完整的括号内容,一个括号内可能会含有一个括号,多个括号自行扩展正则即可,处理完成后再替换到括号的内容 2.重难点 第一个括号内可能会还有另一个括号 …

使用 Process Explorer 和 Windbg 排查软件线程堵塞问题

目录 1、问题说明 2、线程堵塞的可能原因分析 3、使用Windbg和Process Explorer确定线程中发生了死循环 4、根据Windbg中显示的函数调用堆栈去查看源码,找到问题 4.1、在Windbg定位发生死循环的函数的方法 4.2、在Windbg中查看变量的值去辅助分析 4.3、是循环…

U盘、硬盘无法打开,修复RAW磁盘或分区,硬盘变成raw格式如何恢复,数据恢复

本文持续更新,针对遇到的数据丢失问题进行详细记录 磁盘变成RAW的可能原因 突然断电或关机文件系统丢失或损坏病毒或恶意软件感染坏扇区磁盘损坏 以下解决方案针对非病毒损坏 通过Windows自带的工具进行恢复(CHKDSK命令) 1.连接硬盘 2.…

少儿编程 2023年12月中国电子学会图形化编程等级考试Scratch编程四级真题解析(选择题)

2023年12月scratch编程等级考试四级真题 选择题 1、运行下列程序后,角色最后的坐标是 A、(180,100) B、(10,100) C、(100,10) D、(100,100) 答案:D 考点分析:考查积木综合使用; 程序中内层循环旋转其实是干扰项,并不会影响坐标值;角色初始的坐标是(0,0),重复执行…

Linux du和df命令

目录 一. df二. du 一. df ⏹用于显示系统级别,磁盘分区上的可用和已用空间的信息 -h:以人类可读的格式显示文件系统大小 ⏹每秒钟监视当前磁盘的使用情况 watch 用于周期性的执行特定的命令-n 1 表示每一秒刷新一次命令执行的结果df -h ./ 表示周期性…

SCT2A27STER:5.5V-100V Vin,4A峰值限流,高效异步降压DCDC转换器,集成200mA LDO

特性: • 5.5V-100V 输入电压范围 • 最大输出电压:30V • 2A 连续输出电流 • 4A峰值电流限制 • 1.2V 1% 反馈电压 • 集成500mΩ 高侧功率 MOSFETs • 可选5V或者3.3V,输出一路200mA LDO • 25uA静态电流,VBIAS连接到高于6V的辅助电源 •…

深入理解 Flink(三)Flink 内核基础设施源码级原理详解

Hadoop 生态各大常见组件的 RPC 技术实现 Flink RPC 网络通信框架 Akka 详解 1、ActorSystem 是管理 Actor 生命周期的组件,Actor 是负责进行通信的组件。 2、每个 Actor 都有一个 MailBox,别的 Actor 发送给它的消息都首先储存在 MailBox 中&#xff0c…