伴隨矩陣
對於2×2矩陣來說,它的逆矩陣公式:
對於更高階矩陣,我們也希望使用類似的公式。從2×2的逆矩陣公式可以看出,它的逆矩陣由兩部分組成,其一是行列式的倒數,這意味着矩陣可逆的前提是行列式不為0,問題是另一部分是什么?
仔細觀察,發現它和代數余子式有一定的關系,對於A來說:
a的代數余子式:
b的代數余子式:
c的代數余子式:
d的代數余子式:
上一節提到過代數余子式的正負號與行列號之和有關,和是奇數,代數余子式是取負號,和是偶數取正號。
由此一來,A的逆矩陣就等於A的行列式的倒數乘以某個由代數余子式組成的矩陣:
上式中的CT就是原矩陣A的伴隨矩陣,它是由A衍生而來的。由於轉置的緣故,伴隨矩陣中的Cij就是原矩陣中Cji的代數余子式。
克萊姆法則
現在把逆矩陣的公式應用到方程中:
似乎有些雜亂無章,進一步看x的每一個分量,會發現x的各個分量都包含A中某列元素的代數余子式。以x1和x2為例:
x1相當於將det(A)按照第一列展開,x2相當於將det(A)按照第二列展開,只不過把它們的展開列替換成了b,相當於:
將x1和x2后面的行列式分別按第1列和第2列展開成代數余子式,就得到了每一個分量的結果。這就是克萊姆法則,也叫克拉默法則。
克萊姆法則有一種常用的記法,在Ax = b中,未知數的系數構成了系數行列式D:
若線性方程組的系數矩陣可逆(非奇異),即系數行列式 D≠0,則線性方程組有唯一解,其每一個分量的解為:
其中Dj是把D中第j列元素對應地換成b中的元素而其余各列保持不變所得到的行列式,比如:
克萊姆法則為方程組的解提供了一個代數表達式,讓你能使用代數運算,而不只是寫算法,但是如果真的用它來解方程將變成一個災難,因為你必須對n+1個行列式求值。克萊姆法則研究了方程組的系數與方程組解的存在性與唯一性關系。與其在計算方面的作用相比,克萊姆法則更具有重大的理論價值。
作者:我是8位的