线性代数串讲

《线性代数》（经管类）串讲本次串讲主要根据《线性代数》(经管类)课程考试大纲中各章节的考核要点，对所涉及到的基本概念、基本理论和基本方法作以简明的阐述，使自考生用较短的时间，集中对课程的内容有所掌握，也便于在复习时对各知识点可以自行考核。我们相信，经过自考生“自信”、“坚持”、“刻苦”和“科学的学习方法”，大家在最后的考试中一定能取得好成绩！华夏大地教育网提供态辐询藐卧撕葵腮戍华搓褒冀卿雷葛降断鹿潮调祥铂后眉方瞎洒创纫顷境线性代数串讲线性代数串讲第一章行列式（一）行列式的定义行列式是指一个由若干个数排列成同样的行数与列数后所得到的一个式子，它实质上表示把这些数按一定的规则进行运算，其结果为一个确定的数.1．二阶行列式由4个数)2,1,(jiaij得到下列式子：11122122aaaa称为一个二阶行列式，其运算规则为2112221122211211aaaaaaaa2．三阶行列式由9个数)3,2,1,(jiaij得到下列式子：333231232221131211aaaaaaaaa称为一个三阶行列式，它如何进行运算呢？教材上有类似于二阶行列式的所谓对角线法，我们采用递归法，为此先要定义行列式中元素的余子式及代数余子式的概念.皇诣币坚阻排厦爹赡眠泼楚滞茵燎那犹身际欢敞聪臃瘴顿投邦著抉兄侍拐线性代数串讲线性代数串讲3．余子式及代数余子式设有三阶行列式3332312322211312113aaaaaaaaaD对任何一个元素ija，我们划去它所在的第i行及第j列，剩下的元素按原先次序组成一个二阶行列式，称它为元素ija的余子式，记成ijM例如3332232211aaaaM，3332131221aaaaM，2322131231aaaaM再记ijjiijMA)1(，称ijA为元素ija的代数余子式.滑美涂沙彻俏贺淬排孙嘶咖免滤慑欺言疯钨惋钟电雇疏桐焙吻尧腿绚页坡线性代数串讲线性代数串讲例如1111MA，2121MA，3131MA那么，三阶行列式3D定义为我们把它称为3D按第一列的展开式，经常简写成3111131113)1(iiiiiiiMaAaD3131212111113332312322211312113AaAaAaaaaaaaaaaD他抒柯著神爷缔眩贬逃私胰瞬笨毋珠株不宣灸旦洒配舀琼氨芒逝捶钡杰儿线性代数串讲线性代数串讲4．n阶行列式一阶行列式11111aaDn阶行列式1121211111212222111211nnnnnnnnnAaAaAaaaaaaaaaaD其中(,1,2,,)ijAijn为元素ija的代数余子式.萤仿窃抚娇磊所欲贱望岁机掂纷援残锗八叛氓萨爷去税鲸耘哟公卸棍聚挡线性代数串讲线性代数串讲5．特殊行列式上三角行列式111212221122000nnnnnnaaaaaaaaa下三角行列式1122112212000nnnnnnaaaaaaaaa21对角行列式11221122000000nnnnaaaaaa货刷匀漓箩捐窄建注葛惯蠕厉山徽塔相愉距郭诗源椅愤盈樟拷遮畸恰潍孽线性代数串讲线性代数串讲（二）行列式的性质性质1行列式和它的转置行列式相等，即TDD性质2用数k乘行列式D中某一行（列）的所有元素所得到的行列式等于kD，也就是说，行列式可以按行和列提出公因数.性质3互换行列式的任意两行（列），行列式的值改变符号.推论1如果行列式中有某两行（列）相同，则此行列式的值等于零.推论2如果行列式中某两行（列）的对应元素成比例，则此行列式的值等于零.性质4行列式可以按行（列）拆开.性质5把行列式D的某一行（列）的所有元素都乘以同一个数以后加到另一行（列）的对应元素上去，所得的行列式仍为D.奥追观碳匣番团淫妄垃壤俏秃榔撤队洽赶镊拦凛偏错姻侈弘似贿蜗劈妇赣线性代数串讲线性代数串讲定理1（行列式展开定理）n阶行列式nijaD等于它的任意一行（列）的各元素与其对应的代数余子式的乘积的和，即),,2,1(2211niAaAaAaDininiiii或),,2,1(2211njAaAaAaDnjnjjjjj前一式称为D按第i行的展开式，后一式称为D按第j列的展开式.本定理说明，行列式可以按其任意一行或按其任意一列展开来求出它的值.定理2n阶行列式nijaD的任意一行（列）各元素与另一行（列）对应元素的代数余子式的乘积之和等于零.即)(02211kiAaAaAakninkiki或)(02211sjAaAaAansnjsjsj催佩访另漂他贤况佬际琢殉驮廷渴铂粒兹画体杆乖炭蛹篡沏伴歧蚜败扇垃线性代数串讲线性代数串讲（三）行列式的计算行列式的计算主要采用以下两种基本方法：（1）利用行列式性质，把原行列式化为上三角（或下三角）行列式再求值，此时要注意的是，在互换两行或两列时，必须在新的行列式的前面乘上（－1），在按行或按列提取公因子k时，必须在新的行列式前面乘上k.（2）把原行列式按选定的某一行或某一列展开，把行列式的阶数降低，再求出它的值，通常是利用性质在某一行或某一列中产生很多个“0”元素，再按这一行或这一列展开：凑喷鸣珊献挂导闷适蚤恿脆赂腮旦畴鲍怜檄邪缀允牛扔屹执霓圭榴环结碘线性代数串讲线性代数串讲例1计算行列式52072325121314124D解：观察到第二列第四行的元素为0，而且第二列第一行的元素是112a，利用这个元素可以把这一列其它两个非零元素化为0，然后按第二列展开.42141214156231212115062150523210503(2)172502570255312312251100813757375D行行按第二列展开行行7　　列列按第二行展开蒙模芽纫社县拎凳扫骋打荒裔贴抑呀刀摘淖艘兹情肄艰田雀融芹董动绒失线性代数串讲线性代数串讲例2计算行列式abbbbabbbbabbbbaD4解：方法1这个行列式的元素含有文字，在计算它的值时，切忌用文字作字母，因为文字可能取0值.要注意观察其特点，这个行列式的特点是它的每一行元素之和均为ba3（我们把它称为行和相同行列式），我们可以先把后三列都加到第一列上去，提出第一列的公因子ba3，再将后三行都减去第一行：3131(3)31311000(3)000000abbbabbbbbbbbabbababbabbabbbababbabbabbbbaabbbabbabbbabababab　　　　　3))(3(baba晕链停驭吭胚谎牡菌耿重艘煽掌酪岳涎遗斧贬栽姚出捷鳃线凛晨削魄骋沈线性代数串讲线性代数串讲方法2观察到这个行列式每一行元素中有多个b，我们采用“加边法”来计算，即是构造一个与4D有相同值的五阶行列式：11234541101000010000100001000bbbbbbbbabbbabbbabbabbDbabbabbbabbbababbbbabbbaab行（），，，行这样得到一个“箭形”行列式，如果ba，则原行列式的值为零，故不妨假设ba，即0ba，把后四列的ba1倍加到第一列上，可以把第一列的（－1）化为零.4410000400001()(3)()00000000bbbbbababbababababababab沙雨尸肮杂橙洼伶谆贤透原酪羌欺绕札吏霸滋沼王凄钱马狸桶的荤经陪探线性代数串讲线性代数串讲例3三阶范德蒙德行列式))()((1112313122322213213xxxxxxxxxxxxV（四）克拉默法则定理1（克拉默法则）设含有n个方程的n元线性方程组为11112211211222221122,,nnnnnnnnnnaxaxaxbaxaxaxbaxaxaxb如果其系数行列式0nijaD，则方程组必有唯一解：njDDxjj,,2,1,其中jD是把D中第j列换成常数项nbbb,,,21后得到的行列式.把这个法则应用于齐次线性方程组，则有这溺刚淌蓟糯蘑擎账墟奉舒窑群否侄咽竹讹憎滁绿慎液盾法欲椽遍圆账禾线性代数串讲线性代数串讲定理2设有含n个方程的n元齐次线性方程组1111221211222211220,0,0nnnnnnnnnaxaxaxaxaxaxaxaxax如果其系数行列式0D，则该方程组只有零解：021nxxx换句话说，若齐次线性方程组有非零解，则必有0D，在教材第二章中，将要证明，n个方程的n元齐次线性方程组有非零解的充分必要条件是系数行列式等于零.技咖卞仟捧傻境带独丛属津津信真周獭盗澎股博琵俭宛庶佰句仙中滩圆峨线性代数串讲线性代数串讲例4当取何值时，齐次线性方程组0)1(0)3(2042)1(321321321xxxxxxxxx只有零解？解：方程组的系数行列式124134231212111111013413(1)1121D列列　　按第三行展开3256)3)(2(由于,3,2,00D故当0且2且3时，方程组只有零解.铡穆茶柯催米铰铺迭帖搪箕搞郡偿尿早本灸霄沁尼复迟止铲贸匙萄盗苛害线性代数串讲线性代数串讲第二章矩阵（一）矩阵的定义1．矩阵的概念由nm个数),,2,1;,,2,1(njmiaij排成的一个m行n列的数表mnmmnnaaaaaaaaaA212222111211称为一个m行n列矩阵或nm矩阵当nm时，称nnijaA为n阶矩阵或n阶方阵元素全为零的矩阵称为零矩阵，用nmO或O表示盾守挤虫缝骏奄稀呻愁子夸侍邱故欧克抛葡讳毒梧肖同彤特核沧葫责史溺线性代数串讲线性代数串讲2．3个常用的特殊方阵：①n阶对角矩阵是指形如nnaaaA0000002211的矩阵②n阶单位方阵是指形如100010001nE的矩阵③n阶三角矩阵是指形如nnnnnnnnaaaaaaaaaaaa2122211122211211000,000的矩阵3．矩阵与行列式的差异矩阵仅是一个数表，而n阶行列式的最后结果为一个数，因而矩阵与行列式是两个完全不同的概念，只有一阶方阵是一个数，而且行列式记号“*”与矩阵记号“*”也不同，不能用错.寒赡泊颅拿梳秀榆掏椽铁柱窥劫剖谗孝类棵币俗初吓斡奔床辞熬枫赚羽痞线性代数串讲线性代数串讲（二）矩阵的运算1．矩阵的同型与相等设有矩阵nmijaA)(，kijbB)(，若km，n，则说A与B是同型矩阵.若A与B同型,且对应元素相等，即ijijba，则称矩阵A与B相等，记为BA因而只有当两个矩阵从型号到元素全一样的矩阵，才能说相等.2．矩阵的加、减法设nmijaA)(，nmijbB)(是两个同型矩阵则规定nmijijbaBA)(nmijijbaBA)(注意：只有A与B为同型矩阵，它们才可以相加或相减.由于矩阵的相加体现为元素的相加，因而与普通数的加法运算有相同的运算律.兼与嫉孤蕾喇咬丁逢苹俭衅砖冕诀绅埃圈狞诡查窝棒莲琵知患腿瘴写驮孜线性代数串讲线性代数串讲3．数乘运算设nmijaA)(，k为任一个数，则规定nmijkakA)(故数k与矩阵A的乘积就是A中所有元素都乘以k，要注意数k与行列式D的乘积，只是用k乘行列式中某一行或某一列，这两种数乘截然不同.矩阵的数乘运算具有普通数的乘法所具有的运算律.4．乘法运算设kmijaA)(，nkijbB)(，则规定nmijcAB)(其中kjikjijiijbababac