線性代數-矩陣的初等變換


矩陣的初等變換是線性代數中的基本運算,初等變換包括三種初等行變換與三種初等列變換。分別為:

  • 對換變換,即i行與j行進行交換,記作ri <->rj;
  • 數乘變換,非零常數k乘以矩陣的第i行,記作kri;
  • 倍加交換,矩陣第i行的k倍加到第j行上,記作rj + kri

對應關系換成列,即為三種初等列變換。矩陣變換可以化簡矩陣、解線性方程組、求矩陣的逆矩陣。

 

行階梯形的定義:

1、對於行而言,若有零行,則零行均在非零行的下方;

2、從第一行開始,每行第一個非零元素前面的零逐行增加。

 

對於矩陣A,很顯然符合行階梯形的定義:

\begin{bmatrix}
1 & 2 & 3 & 4 & 5\\
0 & 2 & 4 & 5 & 6\\
0 & 0 & 0 & 0 & 7\\
0 & 0 & 0 & 0 & 0
\end{bmatrix}

對第一行作 r1 - r2 變換得到矩陣:

\begin{bmatrix}
1 & 0 & -1 & -1 & -1\\
0 & 2 & 4 & 5 & 6\\
0 & 0 & 0 & 0 & 7 \\
0 & 0 & 0 & 0 & 0
\end{bmatrix}

 繼續作 0.5 r2 變換

\begin{bmatrix}
1 & 0 & -1 & -1 & -1\\
0 & 1 & 2 & 5/2 & 3\\
0 & 0 & 0 & 0 & 7\\
0 & 0 & 0 & 0 & 0
\end{bmatrix}

 r2 - 3/7 r3; r1 + 1/7r3 變換

\begin{bmatrix}
1 & 0 & -1 & -1 & 0\\
0 & 1 & 2 & 5/2 & 0\\
0 & 0 & 0 & 0 & 7\\
0 & 0 & 0 & 0 & 0
\end{bmatrix}

1/7 r3 變換

\begin{bmatrix}
1 & 0 & -1 & -1 & 0\\
0 & 1 & 2 & 5/2 & 0\\
0 & 0 & 0 & 0 & 1\\
0 & 0 & 0 & 0 & 0
\end{bmatrix}

對於矩陣Amxn,通過有限次初等變換可以轉換成行階梯形的形式。

A的最簡形:非零行的第一個非零元素是1,且1所在的列,非零元素均為零。顯然最后一個行階梯形矩陣符合A的行最簡形定義。

A的標准型:左上角是一個r階的單位矩陣,其余元素為零。

 


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