矩陣及運算

2022-10-15 08:27:03 字數 3369 閱讀 8143

本章主要掌握以下內容:

1、矩陣的逆矩陣定義,存在條件及求法,靈活運用公式:a-1=a* |a|≠0

2、矩陣和其伴隨矩陣的關係式:a a*= a*a=|a|e;伴隨矩陣的求法.

3、矩陣的加法、減法、乘法,轉置及方陣的行列式計算

4、幾個特殊的分塊矩陣的逆矩陣:

①= ②=

③= ④=

(結果可以直接利用,如果記不住的話,可以再推導一遍)

5、分塊矩陣的運算

§ 2-1 矩陣

§ 2-2 矩陣的運算

一、填空

1.若,,則,.

2.設為三階方陣,若則 16 .

3.設,而,則.

4.設,為二階方陣,則.

5.設為三階矩陣,,則其伴隨矩陣的行列式=.

二.計算

1.設,,求及.

解: .

2.計算.

解:.3. 設為三階方陣,若已知,求.

解:.4.設,求所有與可交換的矩陣,即求使.

解:設,

∴,其中是任意常數.

三、證明

1.已知,,驗證.

證: .

2.設為n階方陣,且為對稱矩陣,證明:也是對稱矩陣.

證:因,

.所以是對稱矩陣.

3.設是n階對稱矩陣,證明:是對稱矩陣的充分必要條件是.

證:充分性

因, 從而

又, ∴

必要性得證.

§ 2-3 逆矩陣

§ 2-4 矩陣分塊法

一、填空

1.方陣可逆的充分必要條件是.

2.的逆矩陣為.

3.的伴隨矩陣為.

4.若為同階矩陣,且可逆,若,則

5.設與為可逆矩陣,為分塊矩陣,則.

二、計算

1.求的逆矩陣.

解:,=,

.2.求的逆矩陣.

解:,=,

.3.解矩陣方程:.

解: x==.

4.設,其中,,求.

解: ………….

5.分塊矩陣,其中分別為階與階可逆方陣,為矩陣,為零矩陣,求.

解:設.

三、證明

1.設為同階矩陣,且為非奇異矩陣,滿足,求證:(是正整數).

證明:用數學歸納法

當時,成立

假設則得證.

2.設階矩陣的伴隨矩陣為,證明(1)若,則;(2).

證明:(1)

(法1)

不妨設若…,全為零,顯然有

若…,不全為零,則易知

…=0 =1,2, …,n

則利用行列式的性質:(把的第1列乘以,然後再把第2列乘以,第3列乘以,…,第列乘以,然後將所有列都加到第1列後,第1列的元素全為零)

則.(法2)分2種情況:

1 當,則,∴

2 若,用反證法,假設,則可逆,

由知,即與矛盾,∴.

(2)若,由(1)知:

若,則.

3.若為正整數),求證:

證明:∴.

第二章複習題

二、計算

1、設a為n階方陣,滿足

解: ,

2、已知實矩陣滿足:1),2),計算

解:由(1)可知,

又3、設a為三階方陣,為a的伴隨矩陣,a的行列式

解: 4、設,求a

解: 記 ,再計算。

5、設矩陣a的伴隨矩陣,求b

解:由又(利用分塊陣求行列式的值)

,.,代入(*)式中即得.

(利用分塊矩陣求逆的方法)

三、證明

1、設方陣a滿足,證明a可逆,並求a的逆矩陣

證明:由,得

,即可逆並且.

2、證明:若,但a不是單位矩陣,則a必為奇異矩陣

證明:假設為非奇異陣,即可逆.那麼,與題設矛盾

故必為奇異陣.

3、設a、b為n階方陣,e-ab可逆,證明:e-ba可逆

證明:又可逆又

可逆並且

4、設a為n階非零矩陣,為a的伴隨矩陣,為a的轉置矩陣,當時,證明

證明:為非零矩陣,

必存在.

5、設a為n階方陣,,試證

證明:存在

左邊第二章自測題a

二、計算

1、設,求

解:由猜想

再用數學歸納法證明。

2、解矩陣方程

解:記題設條件為,則

3、設a=diag(1,-2,1),,求b

解:4、設,求

解:記5、n階矩陣a及s階矩陣b都可逆,求

解:6、求矩陣的逆矩陣,

解:可以利用第5題的結論

三、證明

1、設a,b為n階方陣,且,e為n階單位陣,證明:當且僅當

證明: 若

若 即證

2、設矩陣a可逆,證明其伴隨矩陣也可逆,且

證明:3、設矩陣,b及a+b都可逆,證明也可逆,並求其逆矩陣

證明:4、a為n階矩陣,e為n階單位陣,滿足,證明:a為可逆矩陣,並求

證明:第二章自測題b

一、 設,求所有3階方陣b,使ab與ba的逆矩陣相同

解: 由題設,b滿足1)可逆,2)ab=ba

,,,又因為b可逆,

為非零常數,、為任意常數

二、 設,試證:當n≥3時,恒有,並利用這個關係

證明:用數學歸納法證明

三、 證明:用數學歸納法證明。

四、 求所有與可交換的矩陣

解:設,滿足。比較對應位置上的元素即得結論。

五、 設a為反對稱矩陣,b為對稱矩陣,試證

1、是對稱矩陣

2、ab-ba是對稱矩陣

3、ab是反對稱矩陣的充要條件是ab=ba

證明:,

1)2)

3)六、 若矩陣a的元素均為整數,求證:中的元素均為整數的充要條件為

證明:必要性.

中的元素均為整數

均為整數

充分性.

,若,中的元素均為整數.

七、 ,ab=a+b,試求b

證明:,.

八、設a為二階方陣,k是大於2的整數,證明:

證明:i)當時,顯然結論成立.

ii)當時,不妨設

,或(1) 當時,

(2)時,

2) 設a、b、c、d都是n階方陣,且ac=ca,試證

證明:1)若a可逆

2)若a不可逆,存在,使得可逆

由1)的結論

(*)式兩邊的均為的多項式,而由a為n階方陣,所以使得可逆的的多項式有無窮多個,(*)式有無窮多解.故亦滿足(*)式,因此

十、設有分塊矩陣,其中a,皆為非奇異方陣,求證:

證明:左相當於進行行變換

十一、設a是m×n矩陣,b是n×m矩陣,試證明:

證明:又

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