矩陣的初等變換又分為矩陣的初等行變換和矩陣的初等列變換。
1)初等行變換:所謂數域 $P$ 上矩陣的初等行變換是指下列 $3$ 種變換:
a. 以 $P$ 中一個非零的數 $k$ 乘矩陣的第 $i$ 行,即為 $E_{i}(k)$,那它的逆矩陣自然就是 $E_{i}(\frac{1}{k})$。
b. 把矩陣第 $i$ 行的 $k$ 倍加到第 $j$ 行,這里 $k$ 是 $P$ 中的任意一個數,記為 $E_{ij}(k)$,要想把第 $j$ 行變回去,自然得減掉第 $i$ 行的 $k$ 倍,即 $E_{ij}(-k)$。
c. 互換矩陣中第 $i$ 行和第 $j$ 行,記為 $E_{ij}$,逆矩陣為 $E_{ij}$,這是很顯然的,就是再交換一次就變回去了。
2)初等列變換:所謂數域 $P$ 上矩陣的初等列變換是指下列 $3$ 種變換:
a. 以 $P$ 中一個非零的數 $k$ 乘矩陣的第 $i$ 列,記為 $E_{i}(k)$。
b. 把矩陣的第 $i$ 列的 $k$ 倍加到第 $j$ 列,這里 $k$ 是 $P$ 中的任意一個數,記為 $E_{ij}(k)$。
c. 互換矩陣中第 $i$ 列和第 $j$ 列,記為 $E_{ij}$。
初等矩陣:由單位矩陣 $E$ 經過一次初等變換得到的矩陣稱為初等矩陣。
矩陣經過初等變換后不會改變它原來的秩,因為初等矩陣是滿秩的方陣,所以它是可逆的,如
$$PA = B$$
於是有
$$r(B) \leq r(A)$$
因為 $P$ 可逆,所以有
$$A = P^{-1}B$$
於是
$$r(A) \leq r(B)$$
所以
$$r(A) = r(B)$$
注:如果不了解這個過程,可以先去閱讀博客。
左行右列定理:初等矩陣 $P$ 左乘或(右乘) $A$ 得到 $PA(AP)$,就是對 $A$ 做了一次與P相同的初等行(列)變換。即要使矩陣 $A$ 做出和初等陣相同的列變換,
則 $A$ 右乘 $P$。要使矩陣 $A$ 做出和初等陣相同的行變換,則 $A$ 左乘 $P$。
為什么是這樣的呢?可以閱讀博客。
其實就是從向量角度來理解矩陣乘法,對於矩陣相乘 $AB=C$,我們可以這樣理解:
1)矩陣 $C$ 的每一個行向量是矩陣 $B$ 的行向量的線性組合,組合的系數是矩陣 $A$ 的每一行。
2)矩陣 $C$ 的每一個列向量是矩陣 $A$ 的列向量的線性組合,組合的系數是矩陣 $B$ 的每一列。