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初等矩陣

鎖定
初等矩陣是指由單位矩陣經過一次初等變換得到的矩陣。初等矩陣的模樣可以寫一個3階或者4階的單位矩陣。 [1] 
首先:初等矩陣都可逆,其次,初等矩陣的逆矩陣其實是一個同類型的初等矩陣(可看作逆變換)。例如,交換矩陣中某兩行(列)的位置;用一個非零常數k乘以矩陣的某一行(列);將矩陣的某一行(列)乘以常數k後加到另一行(列)上去。若某初等矩陣左乘矩陣A,則初等矩陣會將原先施加到單位矩陣E上的變換,按照同種形式施加到矩陣A之上。或者説,想對矩陣A做變換,但是不是直接對矩陣A去做處理,而是通過一種間接方式去實現。
中文名
初等矩陣
外文名
Elementary matrix
所屬學科
線性代數
相關名詞
單位矩陣
應用領域
數學
別    名
基本矩陣

目錄

初等矩陣概念

初等變換有三種 [2] 
(1)交換矩陣中某兩行(列)的位置;
(2)用一個非零常數k乘以矩陣的某一行(列);
(3)將矩陣的某一行(列)乘以常數k後加到另一行(列)上去。
三類初等矩陣都是可逆矩陣,即非奇異陣。
三類初等矩陣行列式的值是:
(1):-1
(2):k
(3):1

初等矩陣性質

1、單位矩陣第i,j兩行互換得到的方陣為
,將矩陣
的第i,j兩行互換所得矩陣
,即有
=
*
説明:任意矩陣
的交換i,j行(列),取決於
是左乘
,還是右乘
,即:
*
是交換行i,j變換,
*
是交換列i,j變換。 [1] 
2、單位矩陣第i行乘以常數k得到初等方陣
,將矩陣
的第i行乘以k得到矩陣
,即有
=
*
説明:任意矩陣
的行(列)乘以常數k,取決於
是左乘
,還是右乘
,即 :
*
是矩陣
行乘以常數k變換,
*
是矩陣
列乘以常數k變換。
3、將單位矩陣的第i行的k倍加到第j行得到初等方陣
,矩陣
的第i行的k倍加到第j行得到矩陣
,即有
=
*
;將單位矩陣的第j列的k倍加到第i列得到初等方陣
,矩陣
的第j列的k倍加到第i列得到矩陣
,即有
=
*
説明:任意矩陣
與初等矩陣相乘,表示對A進行初等變換,但對A進行的是行初等變換還是列變換,取決於初等矩陣
是左乘
,還是右乘
,即:
*
是行初等變換,此時
的變換表示將
的第j行的k倍加到第i行(順序從前向後);
*
是列初等變換,此時
的變換表示將
的第j列的k倍加到第i列(順序從後向前)。

初等矩陣應用

(1)在解線性方程組中的應用 [2] 
初等行變換不影響線性方程組的解,也可用於高斯消元法,用於逐漸將係數矩陣化為標準形。初等行變換不改變矩陣的核(故不改變解集),但改變了矩陣的像。反過來,初等列變換沒有改變像卻改變了核。
(2)用於求解一個矩陣的逆矩陣
有的時候,當矩陣的階數比較高的時候,使用其行列式的值和伴隨矩陣求解其逆矩陣會產生較大的計算量。這時,通常使用將原矩陣和相同行數(也等於列數)的單位矩陣並排,再使用初等變換的方法將這個並排矩陣的左邊化為單位矩陣,這時,右邊的矩陣即為原矩陣的逆矩陣。
參考資料
  • 1.    戴立輝. 線性代數. 同濟大學出版社. ISBN 9787560843063.
  • 2.    藍以中. 高等代數簡明教程(上冊) 第二版. 北京大學出版社. : 123. ISBN 978-7-301-05370-6.