線性代數 矩陣的逆

2021-10-03 15:09:33 字數 1592 閱讀 5310

關於矩陣的逆有很多性質和定理,例如,可逆矩陣一定是方陣、滿秩矩陣、非奇異矩陣,可逆矩陣的行列式的值不為零等等。在證明乙個矩陣是不可逆矩陣時,strang教授講了一種幾何的思路:

根據可逆矩陣的定義,如果方陣a∗b

=i\mathbf * \mathbf=\mathbf

a∗b=

i,則a

\mathbf

a和b\mathbf

b互稱逆矩陣。下面是乙個二維不可逆矩陣的例子,有矩陣a=[

1224

]\mathbf=\begin1&2\\2&4\end

a=[12​

24​]

,如果a

\mathbf

a可逆,則有[12

24]∗

b=[1

001]

\begin1&2\\2&4\end * \mathbf=\begin1&0\\0&1\end

[12​24

​]∗b

=[10

​01​

],對矩陣[12

24]\begin1&2\\2&4\end

[12​24

​]中的兩個列向量作某種線性組合會得到列向量[10

]\begin1\\0\end

[10​

]。從圖上可以很明顯看出來,不管是什麼線性組合都無法得到列向量[10

]\begin1\\0\end

[10​

],所以,矩陣a

\mathbf

a不是可逆矩陣。

strang教授把大部分抽象的矩陣運算用幾何的思維呈現,非常有利於理解矩陣。

我們可以用高斯消元法(gauss elimination)求解方程組的解,在求矩陣的逆時則可以用高斯-若爾當消元法(gauss-jordan elimination)。

方程組可以用a∗x

=b\mathbf * \mathbf = \mathbf

a∗x=

b來表示,通過對增廣矩陣[a|

b]\begin\mathbf\text\mathbf\end

[a|b​]

進行初等變換,然後再用「回代」法即可求得方程組的解。在求矩陣的逆時(a∗b

=i\mathbf * \mathbf=\mathbf

a∗b=

i),可以把矩陣b

\mathbf

b看成多個列向量(x

\mathbf

x)的組合,那麼求解矩陣a

\mathbf

a的逆就可以看成是同時求解多個方程組,即通過初等變換將增廣矩陣[a|

i]\begin\mathbf\text\mathbf\end

[a|i​]

變換成[i|

b]\begin\mathbf\text\mathbf\end

[i|b​]

,得到的矩陣b

\mathbf

b即為a

\mathbf

a的逆矩陣。

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