工程矩阵
工程矩阵的定义
分块矩阵
分块矩阵的乘法可以表示为:
对于分块矩阵,有性质:
矩阵方程组
设方程组 , , ,则有:
- 有解
- 若 ,则有解且有 个自 由未知量
- 若 ,则有唯一解
齐次线性方程组的基础解系
对齐次线性方程组 ,则有:
- 非零解
- 若 ,则其基础解系中含有 个解向量
- 若 ,则其任意 个线性无关的解向量就是其基础解系
高斯消元法:
- 用初等行变换将 逐步化成阶梯形矩阵
- 确定自由未知量
- 用回代法找出通解
极大无关组
设向量组 的所有极大线性无关组 满足:
- 线性无关
- 中每个向量都可由 线性表示
则称 是 的一个极大无关组。
定理:
- 若向量组的秩为 ,则该向量组中任意 个线性无关的向量组是其极大无关组
- 如果一向量组的极大无关组中含 个向量,则称该向量组的秩为
矩阵的等价标准形
矩阵 的秩等于 存在可逆矩阵 使得
消去分解
矩阵 的秩为 ,存在 矩阵 和 矩阵 使得 ,即矩阵的消去分解。
定理:
线性空间和线性变换
线性空间的定义和性质
线性空间的定义 线性空间满足下述三个要求建立的八条公理:
- 一个数域 ,一个非空集合 (V 中的元素称为向量)
- 两个运算:
- 加法:, 记作:
- 数乘运算:, 记作:
- 这两个运算满足如下八条公理:
- 加法交换律:
- 加法结合律:
- 零元存在性:存在 , 使得 , 有
- 负元存在性:, 存在 , 使得
- 数乘结合律:
- 乘法结合律:, 有
- 分配律一:, 有
- 分配律二:, 有
线性空间的性质 设 V 是数域 F 上的线性空间,,则:
- V 中的零元是唯一的,通常记为 0
- 任何一个向量的负向量是唯一的,通常记为
- 加法满足消去律:若 ,则
- 若 且 ,则
- ,
- , 特别地,
线性相关与线性无关
定义 设 ,若有不全为 0 的数 使得 ,则向量组 线性相关。否则,称线性无关。
性质
- 若 ,则 线性相关当且仅当存在向量 使得它可由其余向量线性表示
- 向量 能否无关,但 线性相关,则可知 可由前面线性表示,而且,线性表示的方式是唯一的
推论
- 若 线性相关, 线性无关,则 不能都由 线性表示
- 若 线性无关, 线性相关,则
基和维数
基的定义 若 满足:
- 向量组 线性无关
- ,均可由 线性表示 则称 是 V 的一组基
基的性质
- 线性空间的基不一定存在,仅当一个空间由有限向量系生成,基相当于可以简明生成的最简集
- 注意:有限维线性空间 中任意线性无关向量组均可扩展成基
维数
- 若 V 的某一组基中含 n 个向量,则 V 的任一组基中都含 n 个向量
- 称 V 是 n 维空间,记为
- 规定零空间的维数为 0
维数的性质
- 若 ,则 V 中任意 个向量线性相关
- 定理:若 ,则 V 中任意 个线性无关向量均构成 V 的一组基
坐标和形式记导
坐标的定义 设 是 V 的一组基,,且 ,则称 是 在基 下的坐标。
坐标的性质 假设 是基 下的坐标分析对应关系,及 , ,则:
- 若 , 则
- 线性相关 线性相关
形式记导
- 是在基 下的坐标
- 则可形式记成
形式记导的性质
- 若 , 线性无关 是可逆矩阵
- 若有