线性代数(一)矩阵和方程组

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Studying-swz 发表于 2022/08/22 20:22:04 2022/08/22
【摘要】 @TOC 一:线性方程组1.线性方程:2.解的情况:3.系数矩阵、增广矩阵:系数矩阵:方程组对应的系数组成的矩阵。增广矩阵:方程组对应的系数以及最后的常数组成的矩阵。4.求解线性方程组:基本思想:初等行变换:注:可以对比一下基本思想和初等行变换,其实本质是一样的,因为求结过程是一样的,所以对于等价的矩阵来说,其具有相同的解集。其实很重要的一点,就是行变换是可逆的:5.结论:求解线性方程组的花...

@TOC


一:线性方程组

1.线性方程:
在这里插入图片描述


2.解的情况:
在这里插入图片描述


3.系数矩阵、增广矩阵:
系数矩阵:方程组对应的系数组成的矩阵。
增广矩阵:方程组对应的系数以及最后的常数组成的矩阵。


4.求解线性方程组:
基本思想:
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初等行变换:
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注:可以对比一下基本思想和初等行变换,其实本质是一样的,因为求结过程是一样的,所以对于等价的矩阵来说,其具有相同的解集。其实很重要的一点,就是行变换是可逆的:
在这里插入图片描述
5.结论:求解线性方程组的花间过程利用就是初等行变换。


二:行化简与阶梯形矩阵

1.阶梯型以及行简化阶梯型
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任何非0矩阵都可以行化简为阶梯形矩阵、但用不同的方法可以化为不同的阶梯形矩阵;然而每个矩阵只能化为唯一的行简化阶梯型矩阵。


2.行化简算法
五步法:
其中前4步是用来产生阶梯型矩阵,第5步是产生行简化,详情见下面的例子。
在这里插入图片描述
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3.线性方程组的解

求解线性方程组的步骤:
在这里插入图片描述
前两步判断是否有解(其中无解形式类似于0=b(b不等于0))、然后根据是否有自由变量分为唯一解和无穷多解。
通解的例子:
在这里插入图片描述


三:向量方程

1.向量空间
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性质:即满足对可加性、数乘都是封闭的。


2.线性组合
在这里插入图片描述
其中平行四边形法则以及三角形法则不多说,想了解的自行百度查看。


3.向量方程和增广矩阵的关系
在这里插入图片描述
注:可以得出其实求解向量方程就是针对其增广矩阵(线性方程组)求解。


四:矩阵方程

1.本质:
其实矩阵方程Ax=b的由来就是向量方程/向量的线性组合。------线代的另一种表示形式而已。
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注:前面已经得出向量方程组和线性方程组的等价关系,如今向量方程组和矩阵方程也是相同的关系,从而得出如下结论:
在这里插入图片描述


2.解的存在性:
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其理解可以看前面的矩阵方程和向量方程/向量的线性组合关系,其实是一样的,而b其实是属于A的列向量的向量空间的,主要见第四章------这个有点遥远。


五:线性方程组的解集

其实前面已经说过线性方程组的解的过程,这里主要从矩阵方程Ax = b出发。
1.齐次线性方程组
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2.非齐次线性方程组
这里只考虑非齐次线性方程组有多个解。
1)先考虑Ax=0,当然这是齐次的。
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2)考虑Ax=b
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3)通解:一个向量+满足对应的齐次方程组通解。
4)几何理解:其实就是在原来过原点的直线基础上进行了平移,所以同样有多个解。
在这里插入图片描述
3.相容方程组下的解集过程
注:相容方程组表示至少有一个解。
在这里插入图片描述


六:阶段总结

其实对于线性方程组、矩阵方程、向量方程/向量的线性组合来说其解都对应了无解、唯一解、无穷多解,现在主要对矩阵方程总结一下。
无解: Ax=b,阶梯型矩阵下出现了0=b(b不等于0)的情况;另外还有矩阵的秩判别情况,这个后面补充。
有解: Ax=0肯定有解。对于Ax=0的无穷解以及唯一解主要看行简化阶梯有无自由变量,没有自由变量就是0解,有自由变量就是过原点的直线/平面;Ax=b有解的时候分为唯一解和无穷解,这个同样是看行简化阶梯有无自由变量,没有自由变量就是唯一解,有的话则无穷解是在Ax=0的无穷解的基础上进行平移,所以一般是不过原点的直线/平面。


七:线性无关

待更新!!!
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八:线性变换

概念: 定义域、值域/余定义域/像的集合等—看看就好
本质: 向量在矩阵的作用下变成另一个向量。
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线性变换的性质:
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九:平移+旋转+缩放(补充)

1.平移
在这里插入图片描述
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参考链接:https://blog.csdn.net/qq_30490125/article/details/53091031

参考书籍:线性代数及其应用(原书第5版)
书籍下载:https://download.csdn.net/download/qq_37534947/13115301

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