線性代數 線性方程組

2021-07-23 13:03:42 字數 3130 閱讀 6059

##線性方程組linear equation

若兩個線性方程組有相同的解集(solution set),稱它們為等價(equivalent)的。

線性方程組的解的情況

稱線性方程組為

無解不相容(inconsistent)

有唯一解

相容(consistent)

有無窮多解相容

初等行變換(elementary row operation)

倍加變換:把某一行換成它本身與另一行的倍數的和

對換變換:把兩行對換

倍乘變換:把某一行的所有元素乘以同乙個非零數

行變換可施行於任何矩陣(matrix)。

若乙個矩陣可以經過一系列行初等變換成為另乙個矩陣,稱兩個矩陣為行等價的。

若兩個線性方程組的增廣矩陣(augmented matrix)是行等價的,則它們具有相同的解集。

##行簡化row reduction與階梯形echelon form

行階梯形矩陣(ref)性質

每一非零行在每一零行之上

每一行的先導元素(leading entry)所在的列位於前一行先導元素的右邊

每一先導元素所在列下方的元素都是零

簡化行階梯形矩陣(rref)性質

每一非零行在每一零行之上

每一行的先導元素所在的列位於前一行先導元素的右邊

每一先導元素所在列下方的元素都是零

每一非零行的先導元素是1

每一先導元素1是該元素所在列的唯一非零元素

每個矩陣行等價於唯一的簡化行階梯形矩陣。

矩陣的主元位置(pivot position)為對應階梯形的先導元素的位置,主元列是含有主元位置的列。

行化簡演算法

第一步:從最左邊的非零列開始選取主元列

第二步:從主元列中選取乙個非零元作為主元,對換變換將主元移至主元位置

第三步:倍加變換將主元下面的元素變成0

第四步:對剩下的子矩陣進行上述三步處理

第五步:從最右邊的主元開始,倍乘變換將主元變成1,倍加變換將主元上方元素變成0

第一至四步為向前步驟,第五步為向後步驟。

用基本變數(basic variable)和自由變數(free variable)表示的解稱為方程組的通解(general solution)。

存在性與唯一性定理(判斷線性方程組是否相容以及解的個數)

線性方程組相容的充要條件是增廣矩陣的最右列不是主元列

若線性方程組相容,當沒有自由變數時,有唯一解;當至少有乙個自由變數時,有無窮多解

解線性方程組

第一步:寫出增廣矩陣

第二步:將增廣矩陣化為階梯形,判斷方程組是否有解

第三步:將增廣矩陣化為簡化階梯形,寫出通解

##向量方程vector equation

僅含一列的矩陣稱為列向量(column vector)。

r

nr^n

rn中向量的運算

u+v=v+u

u+v)+w=u+(v+w

u+0=u

c(du)=(cd)u

1u=u

c(u+v)=cu+cv

(c+d)u=cu+du

線性組合

y =c

1v1+

⋯+cp

vp

y=c_1v_1+\cdots+c_pv_p

y=c1​v

1​+⋯

+cp​

vp​稱為v1,

v2,⋯

,v

pv_1,v_2,\cdots,v_p

v1​,v2

​,⋯,

vp​以c1,

c2,⋯

,c

pc_1,c_2,\cdots,c_p

c1​,c2

​,⋯,

cp​為權(weight)的線性組合(linear combination)

當增廣矩陣[a1

a2⋯a

nb

][a_1 a_2 \cdots a_n b]

[a1​a2

​⋯an

​b]有解時,b

bb可以表示為a1,

a2,⋯

,a

na_1,a_2,\cdots,a_n

a1​,a2

​,⋯,

an​的線性組合。

若v 1,

v2,⋯

,v

pv_1,v_2,\cdots,v_p

v1​,v2

​,⋯,

vp​是r

nr^n

rn中的向量,則包含v1,

v2,⋯

,v

pv_1,v_2,\cdots,v_p

v1​,v2

​,⋯,

vp​的所有線性組合的集合用span表示,稱為由v1,

v2,⋯

,v

pv_1,v_2,\cdots,v_p

v1​,v2

​,⋯,

vp​生成的r

nr^n

rn的子集(subset)。

判斷b是否屬於span 即 判斷增廣矩陣[v1

v2⋯v

pb

][v_1 v_2 \cdots v_p b]

[v1​v2

​⋯vp

​b]是否有解

線性代數 線性方程組與矩陣

乙個m個方程,n個未知數的方程組定義如下 a11x1 a12x2 a1nxna21x1 a22x2 a2nxn?am1x1 am2x2 amnxn b1 b2 bm 1 其中aij及bi均為實數,1 稱為m n的線性方程組。若方程組有解,則稱其為相容的 consistent 否則為不相容的。定義 若...

線性方程組

給出乙個線性方程組的標準形式 a11x1 a12x 2 a1nx na21x 1 a22 x2 a2n xnan 1x1 an2x 2 annx n b1 b2 bn 1x 2y 34x 5y 6 1 2 這裡由克萊姆法則進行計算得出xy 3625 14 25 3 5 2 61 5 2 4 3 3 ...

線性方程組

若線性方程組相容,則此方程組有1個或無窮多個解 若線性方程組不相容,則該方程組無解。線性方程組所有解的集合被稱為線性方程組的解集 若線性方程組不相容,則解集為空集。若兩個含有相同變數的方程組具有相同的解集,則稱它們是等價的。有三種運算可以得到等價的方程組 交換任意兩個方程的順序 任一方程兩邊同乘乙個...