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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