2023年考研数学《概率统计》讲义第三讲

发布 2020-02-15 21:16:28 阅读 4329

第一章行列式。

一、重点 1、理解:行列式的定义,余子式,代数余子式。

2、掌握:行列式的基本性质及推论。

3、运用:运用行列式的性质及计算方法计算行列式,用克莱姆法则求解方程组。

二、难点 行列式在解线性方程组、矩阵求逆、向量组的线性相关性、求矩阵的特征值等方面的应用。

三、重要公式

1、若a为n阶方阵,则│ka│= kn│a│

2、若a、b均为n阶方阵,则│ab│=│a│·│b│

3、若a为n阶方阵,则│a*│=a│n-1

若a为n阶可逆阵,则│a-1│=│a│-1

4、若a为n阶方阵,λi(i=1,2,…,n)是a的特征值,│a│=∏i

四、题型及解题思路

1、有关行列式概念与性质的命题

2、行列式的计算(方法)

1)利用定义

2)按某行(列)展开使行列式降阶

3)利用行列式的性质

各行(列)加到同一行(列)上去,适用于各列(行)诸元素之和相等的情况。

各行(列)加或减同一行(列)的倍数,化简行列式或化为上(下)三角行列式。

逐次行(列)相加减,化简行列式。

把行列式拆成几个行列式的和差。

4)递推法,适用于规律性强且零元素较多的行列式

5)数学归纳法,多用于证明

3、运用克莱姆法则求解线性方程组

若d =│a│≠0,则ax=b有唯一解,即

x1=d1/d,x2= d2/d,…,xn= dn/d

其中dj是把d中xj的系数换成常数项。

注意:克莱姆法则仅适用于方程个数与未知数个数相等的方程组。

4、运用系数行列式│a│判别方程组解的问题

1)当│a│=0时,齐次方程组ax=0有非零解;非齐次方程组ax=b不是唯一解(可能无解,也可能有无穷多解)

2)当│a│≠0时,齐次方程组ax=0仅有零解;非齐次方程组ax=b有唯一解,此解可由克莱姆法则求出。

第二章矩阵

一、重点 1、理解:矩阵的定义、性质,几种特殊的矩阵(零矩阵,上(下)三角矩阵,对称矩阵,对角矩阵,逆矩阵,正交矩阵,伴随矩阵,分块矩阵)

2、掌握:

1)矩阵的各种运算及运算规律

2)矩阵可逆的判定及求逆矩阵的各种方法

3)矩阵的初等变换方法

二、难点 1、矩阵的求逆矩阵的初等变换

2、初等变换与初等矩阵的关系

三、重要公式及难点解析

1、线性运算

1)交换律一般不成立,即ab≠ba

2)一些代数恒等式不能直接套用,如设a,b,c均为n阶矩阵

a+b)2=a2+ab+ba+b2≠a2+2ab+b2

ab)2=(ab)(ab)≠a2b2

ab)k≠akbk

a+b)(a-b)≠a2-b2

以上各式当且仅当a与b可交换,即ab=ba时才成立。

3)由ab=0不能得出a=0或b=0

4)由ab=ac不能得出b=c

5)由a2=a不能得出a=i或a=0

6)由a2=0不能得出a=0

7)数乘矩阵与数乘行列式的区别

2、逆矩阵

1)(a–1)–1=a

2)(ka) –1=(1/k)a–1,(k≠0)

3)(ab)–1=b–1a–1

4)(a–1)t=(at)–1

5)│a–1│=│a│–1

3、矩阵转置

1)(at)t=a

2)(ka) t=kat,(k为任意实数)

3)(ab)t=btat

4)(a+b)t=at+bt

4、伴随矩阵

1)a*a=a a*=│a│i (ab)*=b*a*

2)(a*)*a│n-2 │a*│=a│n-1 ,(n≥2)

3)(ka)*=kn-1a* (a*)t=(at)*

4)若r(a)=n,则r (a*)=n

若r(a)=n-1,则r (a*)=1

若r(a)5)若a可逆,则(a*)-1=(1/│a│)a,(a*)-1=(a-1)*,a*=│a│a-1

5、初等变换(三种)

1)对调二行(列)

2)用k(k≠0)乘以某行(列)中所有元素

3)把某行(列)的元素的k倍加至另一行(列)的对应元素

注意:用初等变换①求秩,行、列变换可混用

求逆阵,只能用行或列变换

求线性方程组的解,只能用行变换

6、初等矩阵

1)由单位阵经过一次初等变换所得的矩阵

2)初等阵p左(右)乘a,所得pa(ap)就是a作了一次与p同样的行(列)变换

3)初等阵均可逆,且其逆为同类型的初等阵

e-1ij=eij,e(-1)i(k)=ei(1/k),e(-1)ij(k)=eij(-k)

7、矩阵方程

1)含有未知矩阵的等式

2)矩阵方程有解的充要条件

ax=b有解<==b的每列可由a的列向量线性表示

==>r(a)=r(a┆b)

四、题型及解题思路

1、有关矩阵的概念及性质的命题

2、矩阵的运算(加法、数乘、乘法、转置)

3、矩阵可逆的判定

n阶方阵a可逆<==存在n阶方阵b,有ab=ba=i

==>a│≠0

==>r(a)=n

==>a的列(行)向量组线性无关

==>ax=0只有零解

==>任意b,使得ax=b总有唯一解

==>a的特征值全不为零

4、矩阵求逆

1)定义法:找出b使ab=i或ba=i

2)伴随阵法:a-1=(1/│a│)a*

注意:用该方法求逆时,行的代数余子式应竖着写在a*中,计算aij时不要遗漏(-1)i+j,当n>3时,通常用初等变换法。

3)初等变换法:对(a┆i)只用行变换化为(i┆a-1)

4)分块矩阵法

5、解矩阵方程ax=b

1)若a可逆,则x=a-1b,可先求出a-1,再作乘法a-1b求出x

2)若a可逆,可用初等变换法直接求出x

a┆b)初等行变换(i┆x)

3)若a不可逆,则可设未知数列方程用高斯消元法化为阶梯型方程组,然后对每列常数项分别求解。

第三章线性方程组

一、重点 1、理解:向量、向量运算以及向量的线性组合与线性表出,极大线性无关组的概念,线性相关与线性无关的概念,向量组的秩的概念,矩阵的秩的概。

念及性质,基础解系的概念。

2、掌握:向量的运算及运算规律,矩阵秩的计算,齐次、非齐次线性方程组解的结构。

3、运用:线性相关、线性无关的判定,线性方程组解的判断,齐次、非齐次线性方程组的解法。

二、难点 线性相关、线性无关的判定。向量组的秩与矩阵的秩的关系。方程组与向量组线性表示及秩之间的联系。

三、重点难点解析

1、 n维向量的概念与运算

1) 概念

2) 运算

若α=(a1,a2,…,an)t,β=b1,b2,…,bn)t

加法:α+a1+b1 ,a2+b2 ,…an+bn)t

数乘:kα=(ka1,ka2,…,kan)t

内积:(αa1b1+a2b2+,…anbn=αtβ=βtα

2、线性组合与线性表出

3、线性相关与线性无关

1)概念 2)线性相关与线性无关的充要条件

线性相关 1,α2,…,s线性相关

==>齐次方程组(α1,α2,…,s)(x1,x2,…,xs)t=0有非零解

==>向量组的秩r(α1,α2,…,s)<s (向量的个数)

==>存在某αi(i=1,2,…,s)可由其余s-1个向量线性表出

特别的:n个n维向量线性相关<==1α2…αn│=0

n+1个n维向量一定线性相关

线性无关 1,α2,…,s线性无关

==>齐次方程组(α1,α2,…,s)(x1,x2,…,xs)t=0只有零解

==>向量组的秩r(α1,α2,…,s)=s (向量的个数)

==>每一个向量αi(i=1,2,…,s)都不能用其余s-1个向量线性表出。

重要结论 a、阶梯形向量组一定线性无关

b、若α1,α2,…,s线性无关,则它的任一个部分组αi1,αi2,…,i t必线性无关,它的任一延伸组必线性无关。

c、两两正交,非零的向量组必线性无关。

4、向量组的秩与矩阵的秩

1)极大线性无关组的概念

2)向量组的秩

3)矩阵的秩

r(a)=r(at)

r(a+b)≤r(a)+r(b)

r(ka)=r(a),k≠0

r(ab)≤min(r(a),r(b))

如a可逆,则r(ab)=r(b);如b可逆,则r(ab)=r(a)

a是m×n阵,b是n×p阵,如ab=0,则r(a)+r(b)≤n

4)向量组的秩与矩阵的秩的关系

r(a)=a的行秩(矩阵a的行向量组的秩)=a的列秩(矩阵a的列向量组的秩)

经初等变换矩阵、向量组的秩均不变

若向量组(ⅰ)可由(ⅱ)线性表出,则r(ⅰ)r(ⅱ)特别的,等价的向量组有相同的秩,但秩相同的向量组不一定等价。

5、基础解系的概念及求法

1)概念 2)求法

对a作初等行变换化为阶梯形矩阵,称每个非零行中第一个非零系数所代表的未知数是主元(共有r(a)个主元),那么剩于的其他未知数就是自由变量。

共有n- r(a)个),对自由变量阶梯形赋值后,再带入求解就可得基础解系。

6、齐次方程组有非零解的判定

1)设a是m×n矩阵,ax=0有非零解的充要条件是r(a)<n,亦即a的列向量线性相关。

2)若a为n阶矩阵,ax=0有非零解的充要条件是│a│=0

3)ax=0有非零解的充分条件是m<n,即方程个数<未知数个数

7、非齐次线性方程组有解的判定

1)设a是m×n矩阵,ax=b有解的充要条件是系数矩阵a的秩等于增广矩阵(a增)的秩,即r(a)=r(a增)

2)设a是m×n矩阵,方程组ax=b

有唯一解<==r(a)=r(a增)=n

有无穷多解<==r(a)=r(a增)

无解<==r(a)+1=r(a增)

8、非齐次线性方程组解的结构

如n元线性方程组ax=b有解,设,η2,…,t是相应齐次方程组ax=0的基础解系,ξ是ax=b的一个解,则k1η1+k2η2+…+ktηt+ξ是ax=b的通解。

1)若ξ1,ξ2是ax=b的解,则ξ1-ξ2是ax=0的解

2)若ξ是ax=b的解,η是ax=0的解,则ξ+kη仍是ax=b的解

3)若ax=b有唯一解,则ax=0只有零解;反之,当ax=0只有零解时,ax=b没有无穷多解(可能无解,也可能只有唯一解)

四、题型及解题思路

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