当前位置:文档之家› 矩阵、 线性方程组例题分析

矩阵、 线性方程组例题分析

矩阵、 线性方程组例题分析
(一)重点:
● 矩阵的乘法、转置、可逆矩阵的概念及求法;
● 矩阵的初等变换,矩阵求秩。

(二)例题
例1若A 是对称矩阵,则A T -A=______。

答案:0
例2若矩阵A 可逆,则(A T )-1=____.
答案:(A -1)T
例3设A ,B 均为方阵,若AB =I ,则A -1=_____,B -1=______.
答案:B ,A
例2 矩阵A=⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡-100020001,则A -1=( )。

答案: ⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡-1000210
001 例5 设A 、B 均为方阵,则下列结论正确的是( )。

A .(A
B )T =A T B T
B .AA T =A T A
C .若A T =A ,则(A 2)T =A 2
D .若A T =A ,B T =B ,则(AB )T =AB 。

答案:(C )。

例6 设A 是三角形矩阵,若主对角线上元素( ),则A 可逆。

A . 全部为0,
B .可以有零元素,
C .不全为0,
D .全不为0
,答案:(D )
⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⋅⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=⋅⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=17133628282210897130412108971304127B A B A B A 解求例
⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡--⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⋅⎥⎦
⎤⎢⎣⎡----=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=-⋅-⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=50121812821365410241125486541021812232221282136541028B A A B B A A B B A T T 解求例
例9求矩阵
解:利用矩阵的初等行变换,将矩阵化为阶梯形矩阵,非零行的行数即为矩阵的秩。

所以,矩阵的秩为2。

[][]()[]⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=⋅=⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⋅=⋅⋅⋅⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡-==51053216423215121551232151232110A B B A A B B A B A 解求设例
()⎥⎥



⎢⎢⎢⎣⎡-----=∴⎥⎥⎥


⎢⎢
⎢⎣⎡-----→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-----→⎥⎥⎥


⎢⎢
⎢⎣⎡------→
⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--------→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-----→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----=--1317185112981311007185010112980
011311007185010011411131100032710011
411133132003271001141110015301013201141110015301013
2
001543
153
132
543
1111A AE A A 解求设例:
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡==4321855312B A B XA 其中解矩阵方程例
()⎥⎦

⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡==⎥⎦

⎢⎣⎡-=∴⎥⎦⎤
⎢⎣⎡--→⎥⎦⎤
⎢⎣⎡---→⎥⎦

⎢⎣⎡-→⎥⎦⎤⎢⎣⎡→⎥⎦⎤⎢⎣⎡==---3412
355843213558351058016102012211085122
110850210610850153111
BA X A AE BA X 解
例12证明:若A 2=I ,且AA T =I ,则A 为对称矩阵。

证明:∵A 2=I A.A=I
∴A -1=A
又∵AA T =A
∴A -1=A T
故A T =A ∴A 为对称阵矩阵。

例13 若矩阵B 1和B 2均与矩阵A 可交换,则K 1B 1+K 2B 2与A 也可交换(K 1,K 2为任意常数)。

证明:∵B 1和B 2均与A 可交换有B 1A=AB 1,B 2A=AB 2
∴(K 1B 1+K 2B 2).A
=K 1B 1A+K 2B 2A
=K 1(B 1A )+K 2(B 2A )
=K 1(AB 1)+K 2(AB 2)
=A (K 1B 1)+A (K 2B 2)
=A (K 1B 1+K 2B 2)
故K 1B 1+K 2B 2与A 可交换。

例14设n 阶方阵A 满足A 2+A-3I=0,试证:矩阵A-I 可逆,且(A-I )-1=A+2I 。

证明:∵A 2+A-3I=0
A 2+A-2I=I
(A-I )(A+2I )=I
由可逆阵的定义,
∴A-I 可逆且(A-I )-1=A+2I
例15设A 、B 都是对称矩阵,则乘积A.B 是对称矩阵的充分必要条件是A ,B 可交换。

证明:必要性:
∵A 、B 、A .B 都是对称矩阵,即A T =A ,B T =B ,(AB )T =AB ,且
AB=(AB )T =B T A T =BA
∴AB=BA
充分性:
∵A ,B 是对称矩阵,即A T =A ,B T =B ,且(AB )T =B T A T =BA=AB
∴AB 是对称矩阵。

例16设A 是对称矩阵,且A 可逆,证明A -1也是对称矩阵。

证明:已知A T =A ,且A -1存在
∵(A-1)T =(AT )-1
∴A 为对称矩阵A -1
∵A -1是对称矩阵。

八、线性方程组
(一)重点:线性方程组的判别,线性方程组的求法。

(一) 例题
例1讨论入的情况,使齐次线性方程组
⎩⎨⎧=-=-0
32121x x x x λ 有非零解。

解:若齐次线性方程组的系数矩阵的秩小于未知量的个数,则方程组有非零解。

∵未知量个数=2
且系数矩阵A=⎢⎣⎡13 ⎥⎦
⎤--1λ ⎢⎣⎡31 ⎥⎦⎤--1λ ⎢⎣
⎡01 ⎥⎦⎤--λ31 ∴当λ=3时,有秩(A )=1<未知量的个数=2
故齐次线性方程组有非零解。

例2设齐次线性方程组AX=0中方程个数小于未知量个数,则它定有非零解。

解:不妨设未知量个数为n ,方程个数为s,有s<n, ∵齐次线性方程组的系数矩阵A 的行数等于方程组的个数 s ,A 的列数等于未知量个数n ,故A=As ×n,其中s<n ,显然秩(A )≤s<n ,所以方程组有非零解。

例3齐次线性方程组AX=0总有_______解,当它所含方程的个数小于未知量的个数时,这一定有_______解。

答案:0,非0
例4求解线性方程组
⎪⎩⎪⎨⎧=-+--=+-+-=++-12321220234321
43214321x x x x x x x x x x x x
解 将增广矩阵化成阶梯形矩阵
⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡------=00100130103800100200
13110
01231
13 11013110012311232112121
01231
A 秩(⎺A )=秩(A )=3, ∴ 方程组有解。

一般解为
⎪⎩⎪⎨⎧=+=+=0318334241x x x x x (x 4是自由未知量)
例5 设线性方程组
(3)分
2121321231231
23x x x x x x x x x c -+=--+=--+=⎧⎨⎪⎩⎪ 试问c 为何值时,方程组有解?若方程组有解时,求一般解。

解 ⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡-------→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-----=13501350112123111211112A c c ⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡---→c 00013501121 可见,当c=0时,方程组有解。

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣
⎡-→00
00515310535101A
原方程组的一般解为 ⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧+=-=323
153515153x x x x (x 3是自由未知量)。

相关主题