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数学:线性代数:线性代数

线性代数 Linear Algebra

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外部资料:

  1. 【线性代数】7小时快速通关 https://www.bilibili.com/video/BV1Wa4y1R7NC/
  2. 线代核心讲义(release v1) Dropbox (Public/Wiki/数学_李天意Providence)

基础概念

线性是?

f(ax)=af(x)

f(x+y)=f(x)+f(y)

线性方程组

齐次方程组、非齐次方程组:常数是否全部为0的区别

齐次方程组有唯一解的话,这个解就是零解

系数矩阵和增广矩阵

增广矩阵(拡大行列(かくだいぎょうれつ、英: augmented matrix)) https://en.wikipedia.org/wiki/Augmented_matrix

矩阵的秩

方程组中真正有效的方程的数量

Rank (linear algebra) / 行列の階数(かいすう) / 秩 (线性代数)

线性方程组

  1. 什么是线性
  2. 齐次、非齐次的区别是
  3. 根据矩阵的秩:判断解的情况(有无解、解的个数)
  4. 系数矩阵和增广矩阵(系数矩阵+常数列)

行化简(矩阵的初等行变换)

行化简可以进行的操作:123
目的是变为阶梯形矩阵,求解方程组

通过行化简后,矩阵中不全为0的行数,定义为秩(r),代表方程组中真正有效的方程的个数

方程组的解的情况的讨论

  1. 系数矩阵的秩<增广矩阵的秩,则该方程组无解。(出现了矛盾,0=非零)
  2. 系数矩阵的秩=增广矩阵的秩,该方程组有解。(没有矛盾,但是有可能约束不足,也就是解可能不唯一);秩小于变量个数(有效方程数量不足,秩表示的是有效方程的数量),有无数多解。
  3. 当方程组有无数个解的时候,自由变量的个数 = 变量个数 — 系数矩阵的秩
  4. 齐次方程组一定有一组零解(常数列是全0,所以不可能出现矛盾)

齐次方程组的行化简过程和非齐次方程组是类似的

矩阵

一些基础:

  1. 方阵的迹:对角线元素之和
  2. 对角矩阵(英语:diagonal matrix)是一类除主对角线之外的元素皆为0的矩阵。对角线上的元素可以为0或其他值。
  • 重要:基础运算规则和运算律
  • 矩阵分块,一种计算技巧
  • 转置矩阵

单位矩阵(E、I)

和任何矩阵相乘都不会改变对方
单位矩阵,执行一次初等变换后,称作初等矩阵

初等变换

与初等行变换类似的,有初等列变换,两者都是初等变换
初等变换可以换位和对应的矩阵相乘

等价矩阵:可以通过执行初等变换得到的矩阵

逆矩阵

定义很简单,就是矩阵相乘是单位矩阵的两个矩阵(互为逆矩阵)
是否可逆:

  1. 对于一个𝑛阶方阵而言,其可逆的充要条件是该方阵是满秩的(秩为𝑛)
  2. 方阵 A 可逆的充要条件是其与单位矩阵行等价。(也就是,可以通过行变换变为单位矩阵;为什么是行等价,列等价可以吗?)
  3. AI:在线性代数中,只有方阵(即行数和列数相等的矩阵)才有可能是可逆的。
  4. AI:如果两个矩阵A和B互为逆矩阵,那么它们相乘的顺序不影响结果,结果都是单位矩阵I。

求解逆矩阵的方式有?

  1. 进行行变换(高斯-约当消元法)
  2. xxx(其他还有很多方法)

行列式

  1. 行列式的行数和列数都相等
  2. 行列式是一种运算规则
  3. 二阶行列式的计算方法是:ad-bc

对于三阶以上的行列式

  1. 计算需要用到:余子式、代数余子式(有–1项)。余子式的计算类似于递归
  2. 计算一个行列式,取其中任意一行(或一列),让该行的每一个元素乘以对应位置的代数余子式,然后求和相加,就是该行列式的值。
  3. 对于上三角或者下三角行列式,其值即为对角元素之积

行列式的简化规则

  1. 行列式经过转置后,其值不变;
  2. 行列式当中的两行对换位置,其值取相反数;
  3. 把行列式中的某一行乘以某个倍数加到另外一行,行列式的值不变;
  4. 一个常数𝒄乘以行列式,相当于行列式当中的某一行中的每个数乘以该常数𝒄(注意不是整个行列式乘以该常数)。

行列式和矩阵的关系

矩阵𝑨可逆的充要条件是|𝑨| ≠ 0

伴随矩阵

  1. 伴随矩阵是:将矩阵𝑨中每个位置的代数余子式求出后进行转置
  2. 逆矩阵可以由伴随矩阵和行列式求得

克莱默法则

用于求解方程组,通过计算行列式就可以得到方程组的解

空间向量

向量一般竖着写

基(基底):可以表示所有的向量

判断(向量组)是否是线性相关的

定义:xxx

向量组的最大无关组

最大无关组包含的向量数量等于向量组的矩阵的秩

等价向量组

如果两个向量组可以相互线性表示,则两个向量组被称之为等价的。

向量和线性方程组

方程组的求解,可以认为是求某个向量𝑏在一组指定基底(方程组的系数矩阵)中的坐标。

基变换

从一组基底变换到另一组基底

正交基与施密特正交化

如果两个向量内积为 0,则称它们是正交的。
在平面内,如果基底是正交的,则可以用另一种方式(非解方程)求得坐标(一个向量用这组基表示的坐标)。直接计算可得

  1. 正交基:一组基底,两两相交
  2. 标准正交基:正交基,并且所有的基底都是单位向量
  3. 标准正交基组成的矩阵,其逆矩阵等于它的转置矩阵

施密特正交化

由空间中的一组基底,找到一组正交基 背公式

由矩阵表示的空间几何变换

待补充

相似与特征值

矩阵的特征值和特征向量

特征值和特征向量是相互对应的,一个特征值对应一个特征向量,可能不止有一组
了解一下求法:行列式=0,应该有n个解(包括重根、复数根)

特征值的性质:12345

相似矩阵和对角化

相似矩阵的定义:xxx
相似矩阵的性质:xxx

相似对角化

如果n阶矩阵A有n个线性无关的特征向量,则可以构造一个与A相似的对角矩阵。(对角矩阵有很多便利的性质,和对角矩阵相似,则可以间接地使用某些性质)

实对称矩阵和二次型

实对称矩阵:矩阵元素为实数、沿对角线对称的元素,值相等
实对称矩阵的性质:123

二次型方程

待补充

向量解析

进阶

Odt笔记(20221007)

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