矩阵的秩概念2

矩阵→matrix

《存在和任意的数学符号:∀∃》

矩阵的秩,(矩阵一个重要的特征)

矩阵的秩在线性代数中的一些应用,包括方阵是否可逆的判定,线性方程组解存在性的判

定,向量组相关性的判定,二次型是否正定的判定。线性方程组问题是线性代数的核心问题。

1:求矩阵的秩的方法

2:应用矩阵秩解决方程是否有解,解的个数情况,以及如何求解。

高等代数 定义5.3.2 设n阶方阵

A=(

A*=a11 由矩阵A的行列式|A|(也记为det A)中的元素aij的代数余子式Aij构成的如下n阶方阵(a11 称为矩阵A的伴随矩阵,A*有时也记为adjA。

定理 5.3.1 n阶方阵A可逆的充要条件是|A|≠0,且当A可逆时,

A-1=1/|A|A*

其中A*是A的伴随矩阵。

定义 4.1.2 矩阵的行(列)初等变换是指下列三种变换:

1. 交换矩阵两行(列)的位置。

2. 用一个不等于零的数乘矩阵的某一行(列):

3. 用一个数乘矩阵的某一行(列)后加到另一行(列)上。

行列式的性质 1:行列式与它的转置行列式相等。即: D(T)=D.

2:(提公因式性质)用一个数K乘行列式,等于将行列式的某一行(列)

的所有元素都乘以这个数。

3:(变号性质) 交换行列式的任意两行(列),行列式改变符号,等

于D→D1,有D=- D1。

4:(线性性质) 若行列式的某一行(列)每一个元素都可以表示为

两数之和,则该行列式可表示为两行列式之和。

5:(值不变性质) 把行列式的第j行(列)元素的k倍加到第i行

(列)的对应元素上,行列式的值不变。

自然数1.2.3。。。。n组成一个有序数组称为一个n阶排列,记为

i1i2…in.一般n阶排列共有n!个。

定理3.2.1 一次对换改变排列的奇偶性。 1.2.3.。。。n是偶排列。

任意一个n阶排列所作的对换次数与排列具有相同的奇偶性。

定义 4.2.2 一个矩阵中不等于零的子式的最大阶数,叫做这个矩阵

的秩,如果一个矩阵没有不等于零的子式,就认为这个矩阵的秩为零。 矩阵A的秩记为:秩(A)或R(A)。且有R(Amn)≦min{m,n},秩(A)

=秩(AT)。

在A中任取K行K列(K≦m,K≦n),位于这些行和列的交点处的元素

所构成的K阶行列式叫做这个矩阵的一个K阶子式。

说明:矩阵的K阶子式是一个行列式,而不是一个矩阵。 定理4.2.1 初等矩阵不改变矩阵的秩。

定理4.2.1 告诉我们,不必求出矩阵A的各阶子式,只要对A作行初等变换,将它化为行阶梯形,然后数一数这个行阶梯形矩阵中有几个非零行,就可以很直接的求出A的秩。

定理 4.2.2 (线性方程组可解判别法)线性方程组(1)有解的充分必要条件是它的系数矩阵与增广矩阵有相同的秩。

比如:R(A)=R(A¯)=r

定理 4.2.3 (解的个数定理)设线性方程组(1)的系数矩阵与增广矩阵有相同的秩r,那么这个线性方程组

(1) 当r=方程组所含未知量个数n时,有唯一解。

(2) 当r

求线性方程组的一般解的步骤归纳如下:

(1) 写出线性方程组的增广矩阵A¯

(2) 用行初等变换把增广矩阵A化成阶梯形矩阵,求出R(A¯)与R

(A),从而判断是否有解。

(3) 如果R(A¯)=R(A)=方程组所含未知量个数n时,则线性方

程组有唯一解;如果(A¯)=R(A)

(4) 如此,线性方程组有解时,要么r=m,要么r

dr+1,dr+2,…dm=0.

应用篇:

齐次线性方程组定义:如果线性方程组的常数项都等于零,那么此线性方程组叫做其齐线性方程组。

X1=0,X2=0,X3=0,…Xn=0是齐次线性方程组的一个解。这个解叫做零解,如果齐次线性方程组还有其他解,那么这些解就叫做非零解。 说明:齐次线性方程组总是有解的。

定理 4.2.4 一个齐次线性方程组有非零解的充分必要条件是:它的的系数矩阵的Rank小于方程组所含未知量的个数。

推论4.2.5 一个齐次线性方程组的方程个数m小于方程组所含未知量的个数n,那么,这个方程组必有非零解。

推论 4.2.6 如果齐次线性方程组的方程个数m等于方程组所含未知量的个数n,那么,这个方程组有非零解的充分必要条件是:它的系数行列式等于零,|A|=0.

|A|=0不能作为线性方程组∃解的充分条件。

定义6.3.5 向量组的一个极大线性无关组所含向量的个数称为这个向量组的rank.

矩阵的转置就是行变列,列变行。

矩阵进行初等行变换后,形式是变了,但是它的许多特征没有变化,任然保留。

每行第一个非0元素逐行右移的矩阵称为阶梯形矩阵。

任何一个矩阵,经过初等行变换,总可以把它变成阶梯形矩阵(结果可以是不同的阶梯形矩阵)

【中央广播电视大学 经济数学基础 第30讲】 定义9.10 :

矩阵A的阶梯形矩阵非0行的行数称为矩阵A的秩,记为秩(A)或r(A)。

求一个矩阵的秩,首先要把它变成阶梯形矩阵。

A→(初等行变换)I<=>A可逆

I---阶梯形矩阵,它非0行的行数就是A的阶数

n阶可逆矩阵A可逆<=>秩(A)=n(A为满秩矩阵)

矩阵→matrix

《存在和任意的数学符号:∀∃》

矩阵的秩,(矩阵一个重要的特征)

矩阵的秩在线性代数中的一些应用,包括方阵是否可逆的判定,线性方程组解存在性的判

定,向量组相关性的判定,二次型是否正定的判定。线性方程组问题是线性代数的核心问题。

1:求矩阵的秩的方法

2:应用矩阵秩解决方程是否有解,解的个数情况,以及如何求解。

高等代数 定义5.3.2 设n阶方阵

A=(

A*=a11 由矩阵A的行列式|A|(也记为det A)中的元素aij的代数余子式Aij构成的如下n阶方阵(a11 称为矩阵A的伴随矩阵,A*有时也记为adjA。

定理 5.3.1 n阶方阵A可逆的充要条件是|A|≠0,且当A可逆时,

A-1=1/|A|A*

其中A*是A的伴随矩阵。

定义 4.1.2 矩阵的行(列)初等变换是指下列三种变换:

1. 交换矩阵两行(列)的位置。

2. 用一个不等于零的数乘矩阵的某一行(列):

3. 用一个数乘矩阵的某一行(列)后加到另一行(列)上。

行列式的性质 1:行列式与它的转置行列式相等。即: D(T)=D.

2:(提公因式性质)用一个数K乘行列式,等于将行列式的某一行(列)

的所有元素都乘以这个数。

3:(变号性质) 交换行列式的任意两行(列),行列式改变符号,等

于D→D1,有D=- D1。

4:(线性性质) 若行列式的某一行(列)每一个元素都可以表示为

两数之和,则该行列式可表示为两行列式之和。

5:(值不变性质) 把行列式的第j行(列)元素的k倍加到第i行

(列)的对应元素上,行列式的值不变。

自然数1.2.3。。。。n组成一个有序数组称为一个n阶排列,记为

i1i2…in.一般n阶排列共有n!个。

定理3.2.1 一次对换改变排列的奇偶性。 1.2.3.。。。n是偶排列。

任意一个n阶排列所作的对换次数与排列具有相同的奇偶性。

定义 4.2.2 一个矩阵中不等于零的子式的最大阶数,叫做这个矩阵

的秩,如果一个矩阵没有不等于零的子式,就认为这个矩阵的秩为零。 矩阵A的秩记为:秩(A)或R(A)。且有R(Amn)≦min{m,n},秩(A)

=秩(AT)。

在A中任取K行K列(K≦m,K≦n),位于这些行和列的交点处的元素

所构成的K阶行列式叫做这个矩阵的一个K阶子式。

说明:矩阵的K阶子式是一个行列式,而不是一个矩阵。 定理4.2.1 初等矩阵不改变矩阵的秩。

定理4.2.1 告诉我们,不必求出矩阵A的各阶子式,只要对A作行初等变换,将它化为行阶梯形,然后数一数这个行阶梯形矩阵中有几个非零行,就可以很直接的求出A的秩。

定理 4.2.2 (线性方程组可解判别法)线性方程组(1)有解的充分必要条件是它的系数矩阵与增广矩阵有相同的秩。

比如:R(A)=R(A¯)=r

定理 4.2.3 (解的个数定理)设线性方程组(1)的系数矩阵与增广矩阵有相同的秩r,那么这个线性方程组

(1) 当r=方程组所含未知量个数n时,有唯一解。

(2) 当r

求线性方程组的一般解的步骤归纳如下:

(1) 写出线性方程组的增广矩阵A¯

(2) 用行初等变换把增广矩阵A化成阶梯形矩阵,求出R(A¯)与R

(A),从而判断是否有解。

(3) 如果R(A¯)=R(A)=方程组所含未知量个数n时,则线性方

程组有唯一解;如果(A¯)=R(A)

(4) 如此,线性方程组有解时,要么r=m,要么r

dr+1,dr+2,…dm=0.

应用篇:

齐次线性方程组定义:如果线性方程组的常数项都等于零,那么此线性方程组叫做其齐线性方程组。

X1=0,X2=0,X3=0,…Xn=0是齐次线性方程组的一个解。这个解叫做零解,如果齐次线性方程组还有其他解,那么这些解就叫做非零解。 说明:齐次线性方程组总是有解的。

定理 4.2.4 一个齐次线性方程组有非零解的充分必要条件是:它的的系数矩阵的Rank小于方程组所含未知量的个数。

推论4.2.5 一个齐次线性方程组的方程个数m小于方程组所含未知量的个数n,那么,这个方程组必有非零解。

推论 4.2.6 如果齐次线性方程组的方程个数m等于方程组所含未知量的个数n,那么,这个方程组有非零解的充分必要条件是:它的系数行列式等于零,|A|=0.

|A|=0不能作为线性方程组∃解的充分条件。

定义6.3.5 向量组的一个极大线性无关组所含向量的个数称为这个向量组的rank.

矩阵的转置就是行变列,列变行。

矩阵进行初等行变换后,形式是变了,但是它的许多特征没有变化,任然保留。

每行第一个非0元素逐行右移的矩阵称为阶梯形矩阵。

任何一个矩阵,经过初等行变换,总可以把它变成阶梯形矩阵(结果可以是不同的阶梯形矩阵)

【中央广播电视大学 经济数学基础 第30讲】 定义9.10 :

矩阵A的阶梯形矩阵非0行的行数称为矩阵A的秩,记为秩(A)或r(A)。

求一个矩阵的秩,首先要把它变成阶梯形矩阵。

A→(初等行变换)I<=>A可逆

I---阶梯形矩阵,它非0行的行数就是A的阶数

n阶可逆矩阵A可逆<=>秩(A)=n(A为满秩矩阵)


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