单位矩阵的逆矩阵是它本身吗_线性代数期末复习之矩阵篇

写在前面的话:

线性代数之所以让人十分头疼,关键点在于线性代数的概念之多,定理之多,前后联系十分紧密。我们很容易学着忘着。为此,小季开始写有关线代复习的文章。将知识点总结起来串联起来,帮助大家更好的复习!

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前期回顾:

小季不是咸鱼:一起复习线代!线性代数期末复习之线性方程组~​zhuanlan.zhihu.com
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1.矩阵A与B相等是指两个矩阵的对应位置上的元素都一一相等

2.矩阵的加法和数乘运算统称为矩阵的线性运算

3.矩阵的加法和数乘满足交换律,结合律和分配律

4.只有矩阵A的列数等于矩阵B的行数,A与B的乘积AB才有意义

5.A与B的乘积AB继承了左边矩阵A的行数,右边矩阵B的列数

6.如果A=0或者B=0,那么AB=0,反之不一定成立

7.如果 A的第i为零行,那么AB的第i为零行,如果B的第j为零列,那么AB的第j为零列。

8.AB的非零个数小于等于A的非零个数,AB的非零个数小于等于B的非零个数

9.矩阵的乘法满足结合律和分配律,不满足交换律.A与B可以相乘,B与A不一定可以相乘.

10.矩阵乘法也不满足消去律,即AB=AC,且

,不一定得出B=C

11.对于任意的m×n矩阵A,都有

12.关于矩阵乘方的性质

  • 如果A为方阵,s,t为非负整数,那么
  • 如果A,B为同阶方阵,m为正整数。如果AB可以交换,即AB=BA,那么
    (一定注意这个
    前提很重要)

13.设

是x的多项式,A是
方阵,如果
,那么
.根据这点我们知道方阵的多项式可以因式分解

14.矩阵转置的性质

  • 如果
    ,那么

15.矩阵A的初等列变换

  • 互换A的第i列与第j列
  • A的第i列乘以非零常数h
  • A的第i列的k倍加到第j列上

16.矩阵的初等变换和初等变换统称为矩阵的初等变换

17.如果矩阵A可以经过有限次初等变换化为矩阵B,那么称A与B是等价的,记为

18.对n阶单位矩阵

一次初等变换得到的矩阵称为 n阶初等矩阵

19.关于初等矩阵的转置

20.设A为m×n矩阵.如果对A作一次初等变换得到的矩阵为B,相同的初等变换作用到m阶单位矩阵上得到的初等矩阵为P,那么

.如果对A作一次初等
变换得到的矩阵为C,相同的初等 变换作用到n阶单位矩阵上得到的初等矩阵为Q,那么

21.由20可以推出来一下结论

  • 矩阵A与B是行等价的当且仅当存在m阶初等矩阵
    ,使得
  • 矩阵A与B是列等价的当且仅当存在n阶初等矩阵
    ,使得
  • 矩阵A与B是等价的当且仅当存在n阶初等矩阵
    ,m阶初等矩阵
    ,使得

22.如果P为初等矩阵,那么存在同阶初等矩阵Q,使得

23.设P是n阶初等矩阵,那么

24.如果矩阵A与B是行等价的,那么B与A也是行等价

25.设A,B,C是三个矩阵,如果A与B行等价,那么AC与BC也行等价

证明如下:A与B行等价,则由21可知,存在初等矩阵
,使得

两边右乘矩阵C可得
,因此
也是行等价的

26.如果矩阵A与B是行等价的,那么A与B的非零个数相等,如果矩阵A与C是列等价的,那么A与B的非零个数相等

注意行列关系

27.矩阵A的秩不大于A的非零行的个数,也不大于A的非零列的个数

28.如果矩阵A与B是等价的,那么

29.矩阵A的秩与A的转置矩阵

的秩相等,即

30.

(该结论可以拓展到n个矩阵相乘)

31.设A是n阶矩阵,如果r(A)=n,那么A可以表示为有限个初等矩阵的乘积

32.如果A是可逆矩阵,那么A的逆矩阵是唯一的.

33.可逆矩阵的一些性质,将可逆矩阵

的逆矩阵记为
  • (这个结论可以拓展到n个矩阵相乘)

34.初等矩阵是可逆的,并且初等矩阵的逆矩阵仍然是初等矩阵

35.设A是n阶矩阵,那么下列论断彼此等价

  • A是可逆矩阵
  • A可以表示为有限个n阶初等矩阵的乘积

36.设A,B都是n阶矩阵,如果乘积AB是可逆的,那么A与B都是可逆

37.如果A是n阶初等矩阵,那么线性方程组

有解并且解唯一的充分必要条件是A为可逆矩阵

38.设A是m×n矩阵,如果P是m阶可逆矩阵,Q是n阶可逆矩阵,那么

39.一些特殊矩阵

  • 分块矩阵,如

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  • 对称矩阵:
    反称矩阵:
  • 对角矩阵:简记为

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  • 准对角矩阵:是一种特殊的分块矩阵

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  • 上三角矩阵:若A为上三角矩阵,当A可逆时,A的逆矩阵仍然是上三角矩阵

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  • 下三角矩阵:若A为下三角矩阵,当A可逆时,A的逆矩阵仍然是下三角矩阵

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基础题型

1.根据矩阵的运算法则求矩阵(熟练掌握矩阵的乘法

2.证明某一矩阵为可逆矩阵

3.求可逆矩阵的逆矩阵

4.利用可逆矩阵求方程组的解

5.上述题型与某些特殊矩阵联系

【1】已知矩阵

, 求满足等式
的矩阵

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【2】已知

,求所有使得等式
成立的二阶矩阵B

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【3】求平方等于零矩阵的所有 2 阶矩阵

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由于该方程组不是线性方程组,故需要分类讨论求解

【4】设

,n为正整数,求

解:计算可得

,

多加注意这个求乘方的方法

【5】已知矩阵

,将
表示为在
的两边乘以初等矩阵

解:BA经过 3 次初等行变换得到的:首先将 A的第 1 行加到第 3 行上, 然后互换矩阵第 1 行与第 2 行,最后互换矩阵的第 2 列和第 3 列,因此令

于是

【6】求下列矩阵的逆矩阵

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求一个矩阵的逆矩阵的方法:若A为n阶可逆矩阵
(1)构造n×(2n)矩阵

(2)用初等行变换将
化为简化阶梯形

(3)写出
的逆矩阵

【7】设方阵

满足等式
,证明
是可逆的,并且求
的逆矩阵

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一般情况下,在不好进行因式分解时,可以采用待定系数法

【8】求满足以下等式的矩阵

解:

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遇到这类题的时候,切记不要用待定系数法设矩阵
,会非常难求,应该先求逆矩阵,然后等号两边左乘或者右乘其逆矩阵,注意乘的时候是左还是右

【9】设

是幂等矩阵(即
),并且
,证明A是不可逆矩阵

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与逆矩阵相关的证明题中,一定要想办法凑逆矩阵与可逆矩阵的乘积,一般都是在等式两边同时左乘或者又乘

【10】已知

,利用分块矩阵计算

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一定要注意在进行矩阵分块的时候,要让分块的小矩阵乘积有意义,即
的列数等于
的行数

【11】利用分块矩阵求下列矩阵的逆矩阵

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在利用分块矩阵求逆矩阵的时候,注意下面两个公式

尽量凑成这两种形式

【12】证明: 如果 与 都是 n阶对称矩阵, 那么

为对称矩阵的充分必要 条件是

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写在后面的话:

因为篇幅和时间问题,目前更新的线代复习系列依旧以基础知识基础题型为主,感谢大家的谅解

之后 线性代数期末复习系列还会持续更新!! 希望大家持续关注啦 想要不迷路的话,快快关注小季!

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