2.2线性代数(行列式)

从这一章开始,偏向于自我总结,受益人主要是自己,让自己可以时间利用最大化。
像第一章的进度太慢了,写公式什么的时间占用太多,目前看来单位时间的收益率太低。
开始做其他总结方式的尝试。

前言

每一个方形矩阵可以和一个称为矩阵行列式的实数相对应。这个数值将告诉我们矩阵是否是奇异的。

2.1 矩阵的行列式

对每一个$n*n$的矩阵$A$,均可对应一个标量$det(A)$,它的值将告诉我们矩阵是否是非奇异的。

  1. 行列式
  2. 子式
  3. 余子式

定理:

  1. 矩阵A转置的行列式 $=$ 矩阵A的行列式;
  2. 矩阵A的行列式可以利用其 标量及其标量对应的余子式 求出;
  3. 矩阵A是三角形矩阵,则A的行列式等于A的对角元素的乘积;
  4. 若矩阵A存在一行或者一列元素相等 或 有两行或两列相等,那么矩阵的行列式为0;

2.2 行列式的性质

性质:

  1. 矩阵A的标量(按行或者列展开)和标量对应的余子式的乘积相加,得到其行列式,但如果并不是对应的余子式带入方程,其值为0;
  2. 交换矩阵的两行(或列)改变行列式的符号;
  3. 矩阵的某行或列乘以一个标量的作用是将行列式乘以这个标量;
  4. 将某行(或列)的倍数加到其他行(或列)上不改变行列式的值。

结论:

  1. 一个矩阵A奇异的充要条件是:$det(A)=0$;
  2. 若A和B均为$n*n$矩阵,则$det(AB)=det(A)det(B)$。

2.3 附加主题和应用

2.3.1 矩阵的伴随

令A为一n×n矩阵,我们定义一个新矩阵,称为矩阵A的伴随(adjoint)
\begin{equation}
adj A =
\left[
\begin{array}{cccc}
A_{11}&A_{21}&\cdots&A_{n1}\\
A_{12}&A_{22}&\cdots&A_{n2}\\
\vdots&&&\\
A_{1n}&A_{2n}&\cdots&A_{nn}\\
\end{array}
\right]
\end{equation}
需要注意的是,矩阵A按展开的标量对应的余子式,在伴随矩阵以的形式存在。即原矩阵的第一行的代数余子式为是伴随矩阵的第一列。
关于伴随矩阵,有以下两个思考:

  1. 用原矩阵乘以其伴随矩阵,除以其行列式的值,是单位矩阵;
  2. 因为思考1,$A^{-1}=\frac{1}{det(A)}*adjA$

2.3.2 克拉默法则

\begin{equation}
x_i=\frac{det(A_i)}{det(A)}
\end{equation}
此方法虽然提供了一种计算线性方程组的便利方法,但即使计算两个这样的行列式,通常也要用多于高斯消元法的计算量。

2.3.3 向量积

向量积的符号是×(叉乘)
两个向量叉乘后,得到的仍然是一个向量,该向量与两个原向量的方向垂直,大小是两个原向量大小乘积与两个向量之间夹角的正弦值的乘积。