矩陣 n階方陣 的初等變換 初等矩陣 幾何意義

2021-06-29 13:53:09 字數 1834 閱讀 5194

任何乙個可逆矩陣a都可以經初等行變換,變換到單位矩陣e。

a也可經初等列變換,變換到e。

a每經過一次初等行變換,就相當於在a的邊乘乙個初等矩陣。

a每經過一次初等列變換,就相當於乘乙個初等矩陣。

左(行)右(列)

初等變換的逆變換還是初等變換。

初等矩陣的逆矩陣還是初等矩陣。

所以a一定可以寫成一系列初等矩陣的乘積

e(i,j).

所以a e(i,j)就相當於交換了a的i、j兩列。

以上是對假設的迴圈論證(等價性證明),所以:

定義:e(i,j) 是 交換 單位矩陣e的i、j兩行(列)得到的矩陣。

ei(k) k !=0

定義:ei(k) 是 e 的第 i 行(列)乘以 k 得到的矩陣。

性質:ei(k)a a的第 i 行乘以 k ;aei(k) a的第 i 列乘以 k。

性質的證明很簡單,跟1. 類似,略。

造了右邊的記號,更形象: e(

ikj)

定義:把 e 的第 i 行乘以 k 加到第 j 行;或者 把 e 的第 j 列乘以 k 加到第 i 列。

性質:e(

ikj)

a 把 a 的第 i 行乘以 k 加到第 j 行;ae(

ikj)

把 a 的第 j 列乘以 k 加到第 i 列。

性質的證明:e=(e1, e2 … en) e=

e′=⎡

⎣⎢e1

′..e

n′⎤⎦

⎥ e(

ikj)

=⎡⎣⎢

..ej

′+ei

′k..

⎤⎦⎥=

e+⎡⎣

⎢⎢⎢⎢

⎢⎢0.

.ei′

k..0

⎤⎦⎥⎥

⎥⎥⎥⎥

ae(ikj)

=a+(

...a

j...

)⎡⎣⎢

⎢⎢⎢⎢

⎢0..

ei′k

..0⎤

⎦⎥⎥⎥

⎥⎥⎥

ae(i

kj)=

a+aj

e′ik

=a+a

j(0,

...,

xi=k

,0,.

..)=

a+(0

,...

,xi=

kaj,

0,..

.)所以相當於把第 j 列乘以 k 倍 加到 第 i 列上。

初等矩陣

初等變換【左(右)乘上它相當於初等行(列)變換】

a中向量組(n-有序單形)的幾何變換

行列式(就是n-平行體有符號的面積、體積)

e(i,j)

交換第i、j兩行(列)

映象(反射),變成了手性對映體

變號 改變定向

ei(k)

第 i 行(列)乘以k

伸縮變換

體積乘以ke(

ikj)

第 i 行乘以 k 加到第 j 行 或者 第 j 列乘以 k 加到第 i 列

錯切變換

體積不變

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