第4讲逆矩阵

发布 2023-04-19 14:39:28 阅读 1271

设矩阵可逆,则存在若干个初等矩阵使。

式两边同时右乘,又得。

式表明:把化为单位矩阵的初等行变换同时把i化为。

由此得矩阵求逆的第三种方法:

例求矩阵的逆矩阵。

解 所以,▌

推论设a是n阶方阵,若存在n阶方阵b使ab=i或ba=i,则a可逆且。

性质。1)若a可逆,则也可逆,并且。

2)若a可逆,则也可逆,且。

3)若a与b是同阶可逆矩阵,则ab也可逆,且。

矩阵可逆性的判别与逆矩阵计算的方法之小结:

1)根据可逆矩阵的定义;

(2)利用初等行变换;

3)利用可逆的性质。

例设b是n阶可逆矩阵,令。

证明:当时,a可逆,且。

证因。故可逆,且。

例设a与b是同阶方阵,且a、b、a+b都可。

逆,证明:也可逆。

证:因为a与b都可逆,故存在与使。

于是,又均可逆,故。可逆,且。

定理设a是n阶方阵,则齐次线性方程组ax=0有非零解的充分必要条件是a不可逆。

矩阵方程:ax = c, xb = d, axb = f

其中a、b、c、d、f均为已知矩阵,而x为未知矩阵。

一般情况下,系数矩阵a、b都是可逆矩阵。此时,ax = c

xb = d

axb = f

例解矩阵方程。

例解矩阵方程。

例已知矩阵a、b、x满足下述关系。

其中。解由可得。

例设矩阵满足, 其中。

证明:可逆;求。解

满秩。由此得可逆。

由可得 故。

另法)由得

整理后可得。

于是可逆。由上式得。

1.5 分块矩阵。

一、分块矩阵的运算。

例设。计算。

记。则,又

由此得。定义设a是m×n矩阵,在a的行之间加入条横线,在a的列之间加入条竖线,则a被分成s×t 个小矩阵,依次记为。此时,a可写为。

把a视为以为元素的形式上的s×t矩阵,称之为分块矩阵,也称为对a的分块,每个小矩阵称为a的子块。

常见分块:根据元素的排列特性;

按行(列);

两个极端。例。

问题:如何分块,使。

1)分块矩阵之间的形式运算有意义。

2)块之间的矩阵运算有意义。

要求: 分块运算需如下进行。

(1)加法:a+b (a与b分块方法相同)

(2)数乘:ka (a的分法任意)

(3)乘法:ab (a的列与b的行分法相同)

(4)转置:a (a的分法任意)

例已知m×n矩阵a,则对n×p矩阵b,等式 ab=o成立的充分必要条件为:b的p个列恰是齐次线性方程组。

ax = 0

的p个解。证对按列分块,则,故

即是齐次线性方程组的解。▌

例设a是n阶方阵。若存在n阶非零方阵b,使。

ab=o则a是降秩矩阵。

证明由上例的结论知,b的每个列均是齐次线性方程组。

ax = 0

的解。因b≠o,故b至少有一列的元素不全为零,该列即是上述齐次方程组的非零解。于是,由gauss消元法可得,a用初等行变换化成的阶梯形矩阵中,至少有一个零行。

所以,秩(a)

例已知分块矩阵。

可逆,其中a、d是可逆的子块,求。

证明已知t可逆,故存在。根据t,对分块。

其中是分别与a、d同型的子块。因为。

其中是分别与a、d同型的单位子块,所以。

由此解出。于是。

二、分块矩阵的初等变换。

定义对分块矩阵。

的下述三种变换称为分块初等行(列)变换:

1) 用可逆矩阵p左(右)乘a的某一行(列) 全部子块。

2) a的某一行(列)全部子块的左(右)侧乘上矩阵p加到另一行(列)上。

3) 互换a的两行(列)

这里,矩阵p应使矩阵运算可以进行。

定义称下述分块矩阵。

为分块单位矩阵,其中都是单位矩阵。

定义对分块单位矩阵做一次分块初等变换,所得分块矩阵称为分块初等矩阵。

性质分块初等矩阵是满秩矩阵。

定理对一个分块矩阵a做一次分块初等行(列)变换等同于在a的左(右)侧乘上一个对应的分块初等矩阵。

推论1 若分块矩阵a经过有限次分块初等变换化为分块矩阵b,则a相抵于b。

推论2 分块初等变换不改变分块矩阵的秩。

例设分块矩阵。

中均为可逆矩阵,证明可逆,并求。

证明 由此得。

令 则,故可逆,并且。

定理。1) 设a与b是同型矩阵,则。

秩(a+b)秩(a)+秩(b);

2) 设a是s×n矩阵,b是n×t矩阵,则。

秩(ab)秩(a)+秩(b) -n。

推论设a是s×n矩阵,b是n×t矩阵。若。

ab = 0,则。

秩(a)+秩(b)。

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