大部分国内的线性代数都是从行列式开始讲起,这里只列出基本性质方便回顾。
行列式的几何意义
- 行列式中的行或列向量所构成的超平行多面体的有向面积或体积
- 坐标系变换下的图形面积或体积的伸缩因子,即变换矩阵A
行列式的一般性质
- ∣In∣=det(In)=1
- 设A=(α1,...,αn),B=(α1,...αi−1,kαi,αi+1,...αn),则det(B)=k×det(A)
- 设A=A=(α1,...,αn),A′=(α1,...,αi′,...αn),B=(α1,...αi+αi′,..,αn),则det(B)=det(A)+det(A′)
- det(A)=det(AT)
- 任意交换A的两列得到A′,则det(A)=−det(A′)。
推论
若A的两行(列)成比例,则det(A)=0
将A的某一行(列)乘上一个倍数加到另外一列(行),得到矩阵A′,则det(A)=det(A′)
若A是一个方阵,则det(A)≠0⇔A可逆
设A,B是两个n阶方阵,则∣AB∣=∣A∣×∣B∣
∣A+B∣≠∣A∣+∣B∣,∣kA∣≠k∣A∣
设A=(aij)n为n阶矩阵,Aij为∣A∣中元素aij的代数余子式,则称矩阵A⋆为A的伴随矩阵:
A⋆=⎝⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎛A11A21...An1A12A22...An2............A1nA2n...Ann⎠⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎞T
不难得到: AA⋆=∣A∣I。
因此: A−1=∣A∣1A⋆
当A为奇异矩阵时,不难得到AA⋆=∣A∣I=zero matrix。因此,A⋆的每一列都在A的零空间中。
行列式的计算
直接利用公式计算
使用代数余子式(algebraic complement)计算
令Cij=(−1)i+jdet(Mij),则:det(A)=ai1Ci1+ai2Ci2+...+ainCin
综合利用消元法和降阶法
典型例题:计算Vandermonde行列式
证明∣λIm−AB∣=λm−n∣λIn−BA∣
求逆矩阵
设A=(aij)n×n可逆,构造如下矩阵,称为A的伴随矩阵(adjoint of A):
adj(A)=⎝⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎛C11C21...Cn1C12C22...Cn2............C1nC2n...Cnn⎠⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎞T
A−1=∣A∣adj(A)
r(A)=n⇒r(adj(A))=n
r(A)=n−1⇒A×(adj(A))=0,因此adj(A)的列属于A的零空间。而dimN(A)=1⇒r(adj(A))=1
r(A)≤n−2⇒A的任意n-1阶子矩阵都不可逆⇒Cij=0→adj(A)=0
外积
给定两个向量u=⎝⎜⎜⎜⎜⎛u1u2u3⎠⎟⎟⎟⎟⎞,v=⎝⎜⎜⎜⎜⎛v1v2v3⎠⎟⎟⎟⎟⎞,u×v=⎝⎜⎜⎜⎜⎛u2v3−u3v2u3v1−u1v3u1v2−u2v1⎠⎟⎟⎟⎟⎞
若i,j,k为单位向量,则:
∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣iu1v1ju2v2ku3v3∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣=(u2v3−u3v2)i+(u3v1−u1v3)j+(u1v2−u2v1)k
性质
- u×v=−v×u→u×u=0
- (u1+u2)×v=u1×v+u2×v