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线性代数(一)矩阵和方程组

作者:Studying_swz
  • 2023-06-13
    天津
  • 本文字数:2023 字

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线性代数(一)矩阵和方程组

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一:线性方程组

1.线性方程:



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2.解的情况:



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3.系数矩阵、增广矩阵:系数矩阵:方程组对应的系数组成的矩阵。增广矩阵:方程组对应的系数以及最后的常数组成的矩阵。


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4.求解线性方程组:基本思想:



初等行变换:



注:可以对比一下基本思想和初等行变换,其实本质是一样的,因为求结过程是一样的,所以对于等价的矩阵来说,其具有相同的解集。其实很重要的一点,就是行变换是可逆的:



5.结论:求解线性方程组的花间过程利用就是初等行变换。


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二:行化简与阶梯形矩阵

1.阶梯型以及行简化阶梯型



任何非 0 矩阵都可以行化简为阶梯形矩阵、但用不同的方法可以化为不同的阶梯形矩阵;然而每个矩阵只能化为唯一的行简化阶梯型矩阵。


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2.行化简算法五步法:其中前 4 步是用来产生阶梯型矩阵,第 5 步是产生行简化,详情见下面的例子。






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3.线性方程组的解


求解线性方程组的步骤:



前两步判断是否有解(其中无解形式类似于 0=b(b 不等于 0))、然后根据是否有自由变量分为唯一解和无穷多解。通解的例子:



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三:向量方程

1.向量空间




性质:即满足对可加性、数乘都是封闭的。<hr style=" border:solid; width:100px; height:1px;" color=#000000 size=1">


2.线性组合



其中平行四边形法则以及三角形法则不多说,想了解的自行百度查看。<hr style=" border:solid; width:100px; height:1px;" color=#000000 size=1">


3.向量方程和增广矩阵的关系



注:可以得出其实求解向量方程就是针对其增广矩阵(线性方程组)求解。<hr style=" border:solid; width:100px; height:1px;" color=#000000 size=1">

四:矩阵方程

1.本质:其实矩阵方程 Ax=b 的由来就是向量方程/向量的线性组合。------线代的另一种表示形式而已。



注:前面已经得出向量方程组和线性方程组的等价关系,如今向量方程组和矩阵方程也是相同的关系,从而得出如下结论:



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2.解的存在性:



其理解可以看前面的矩阵方程和向量方程/向量的线性组合关系,其实是一样的,而 b 其实是属于 A 的列向量的向量空间的,主要见第四章------这个有点遥远。


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五:线性方程组的解集

其实前面已经说过线性方程组的解的过程,这里主要从矩阵方程 Ax = b 出发。1.齐次线性方程组



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2.非齐次线性方程组这里只考虑非齐次线性方程组有多个解。1)先考虑 Ax=0,当然这是齐次的。



2)考虑 Ax=b



3)通解:一个向量+满足对应的齐次方程组通解。4)几何理解:其实就是在原来过原点的直线基础上进行了平移,所以同样有多个解。



3.相容方程组下的解集过程注:相容方程组表示至少有一个解。



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六:阶段总结

其实对于线性方程组、矩阵方程、向量方程/向量的线性组合来说其解都对应了无解、唯一解、无穷多解,现在主要对矩阵方程总结一下。无解: Ax=b,阶梯型矩阵下出现了 0=b(b 不等于 0)的情况;另外还有矩阵的秩判别情况,这个后面补充。有解: Ax=0 肯定有解。对于 Ax=0 的无穷解以及唯一解主要看行简化阶梯有无自由变量,没有自由变量就是 0 解,有自由变量就是过原点的直线/平面;Ax=b 有解的时候分为唯一解和无穷解,这个同样是看行简化阶梯有无自由变量,没有自由变量就是唯一解,有的话则无穷解是在 Ax=0 的无穷解的基础上进行平移,所以一般是不过原点的直线/平面。


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七:线性无关



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八:线性变换

概念: 定义域、值域/余定义域/像的集合等---看看就好本质: 向量在矩阵的作用下变成另一个向量。



线性变换的性质:



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九:平移+旋转+缩放(补充)





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参考链接:https://blog.csdn.net/qq_30490125/article/details/53091031


参考书籍:线性代数及其应用(原书第 5 版)书籍下载:https://download.csdn.net/download/qq_37534947/13115301

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