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章节目录

2 章 · 17 节 · 40 份资料

46 道例题与练习
第 1 章 行列式7
1.2 排列与逆序
练习题2答案与解析
1.3 n阶行列式
练习题答案与解析
1.4 行列式的性质
练习题答案与解析
1.5 行列式按一行列展开
练习题答案与解析
1.6 行列式按多行列展开
练习题答案与解析
1.7 行列式的计算
练习题答案与解析
1.8 克莱姆法则
练习题答案与解析
第 2 章 矩阵10
2.1 矩阵的概念
视频截图笔记课堂例题2
2.2 矩阵的加减法与数乘
视频截图笔记课堂例题5
2.3 矩阵的乘法
视频截图笔记课堂例题7
2.4 方阵的幂
视频截图笔记课堂例题7
2.5 矩阵的转置
视频截图笔记课堂例题答案与解析
2.6 方阵的行列式
视频截图笔记课堂例题答案与解析
2.7 方阵的伴随矩阵
视频截图笔记练习题3答案与解析
2.8 矩阵方程
视频截图笔记练习题6答案与解析
2.8 逆矩阵
视频截图笔记练习题7答案与解析
2.8 逆矩阵2
视频截图笔记练习题7答案与解析
第 2 章 矩阵/2.8 矩阵方程

视频截图笔记

2.8 矩阵方程

笔记.md

视频截图笔记练习题答案与解析

来源:宋浩《线性代数》教学视频 2.0 版 P19“2.8 矩阵方程”。本节整理三类基本矩阵方程、乘法顺序与可逆性检查,并收录例 10、例 11。

1. 解矩阵方程的核心:在正确的一侧乘逆矩阵

AX方程与左乘求解▶ 00:00:20 播放从 00:00:20 播放查看原图

若 AAA 可逆,方程

AX=CAX=CAX=C

的两边必须同时左乘 A−1A^{-1}A−1:

A−1AX=A−1C,X=A−1C.A^{-1}AX=A^{-1}C,\qquad X=A^{-1}C.A−1AX=A−1C,X=A−1C.

矩阵乘法通常不满足交换律,因此不能把右边写成 CA−1CA^{-1}CA−1。

2. 三类基本矩阵方程

XA与AXB方程公式▶ 00:05:35 播放从 00:05:35 播放查看原图

在矩阵维数相容且有关逆矩阵存在时:

方程操作解AX=C两边同时左乘 A−1X=A−1CXA=C两边同时右乘 A−1X=CA−1AXB=C左乘 A−1,右乘 B−1X=A−1CB−1\begin{array}{c|c|c} \text{方程}&\text{操作}&\text{解}\\ \hline AX=C&\text{两边同时左乘 }A^{-1}&X=A^{-1}C\\ XA=C&\text{两边同时右乘 }A^{-1}&X=CA^{-1}\\ AXB=C&\text{左乘 }A^{-1}\text{,右乘 }B^{-1}&X=A^{-1}CB^{-1} \end{array}方程AX=CXA=CAXB=C​操作两边同时左乘 A−1两边同时右乘 A−1左乘 A−1,右乘 B−1​解X=A−1CX=CA−1X=A−1CB−1​​

记忆的重点不是死背结果,而是在线推导:想消去哪一侧的矩阵,就在等式两边的同一侧乘它的逆矩阵。

3. 两个严重易错点

矩阵不可作分母▶ 00:03:40 播放从 00:03:40 播放查看原图

3.1 永远不要把矩阵写在分母上

由 AX=CAX=CAX=C 不能写

X=CA.X=\frac{C}{A}.X=AC​.

矩阵没有这里所需要的“除法”。正确写法是 X=A−1CX=A^{-1}CX=A−1C,而且乘法顺序不能改变。

3.2 A−1A^{-1}A−1 是一个矩阵,不是分数

A−1A^{-1}A−1 表示 AAA 的逆矩阵,满足

AA−1=A−1A=E.AA^{-1}=A^{-1}A=E.AA−1=A−1A=E.

按本课当前尚未引入矩阵负整数次幂的记号体系,应把“逆矩阵再平方”明确写成

(A−1)2,(A^{-1})^2,(A−1)2,

不要直接套用实数指数律写成 A−2A^{-2}A−2。如果后续教材已经定义了矩阵的整数次幂,才可把它作为 (A−1)2(A^{-1})^2(A−1)2 的简写。

4. 含数乘项时先补单位矩阵

例如

AX=2X+B.AX=2X+B.AX=2X+B.

移项后为 AX−2X=BAX-2X=BAX−2X=B。由于 AAA 是矩阵,不能写 A−2A-2A−2;应把

2X=2EX2X=2EX2X=2EX

代入,再从右侧提出 XXX:

AX−2EX=(A−2E)X=B.AX-2EX=(A-2E)X=B.AX−2EX=(A−2E)X=B.

随后必须先确认 A−2EA-2EA−2E 可逆,才能写

X=(A−2E)−1B.X=(A-2E)^{-1}B.X=(A−2E)−1B.

逆矩阵不能“想写就写”:要么题目已给出可逆条件,要么自己证明对应行列式不为零。

5. 例 10:解 AX=2X+BAX=2X+BAX=2X+B

例10题目▶ 00:07:40 播放从 00:07:40 播放查看原图

已知

A=(40001−1014),B=(36112−3),A=\begin{pmatrix} 4&0&0\\ 0&1&-1\\ 0&1&4 \end{pmatrix},\qquad B=\begin{pmatrix} 3&6\\ 1&1\\ 2&-3 \end{pmatrix},A=​400​011​0−14​​,B=​312​61−3​​,

求矩阵方程 AX=2X+BAX=2X+BAX=2X+B 的解。

例10可逆性与求解▶ 00:15:55 播放从 00:15:55 播放查看原图

先化成标准形式:

(A−2E)X=B,A−2E=(2000−1−1012).(A-2E)X=B,\qquad A-2E=\begin{pmatrix} 2&0&0\\ 0&-1&-1\\ 0&1&2 \end{pmatrix}.(A−2E)X=B,A−2E=​200​0−11​0−12​​.

检查可逆性:

∣A−2E∣=−2≠0.|A-2E|=-2\ne0.∣A−2E∣=−2=0.

因此

(A−2E)−1=(12000−2−1011),X=(A−2E)−1B.(A-2E)^{-1} =\begin{pmatrix} \frac12&0&0\\ 0&-2&-1\\ 0&1&1 \end{pmatrix},\qquad X=(A-2E)^{-1}B.(A−2E)−1=​21​00​0−21​0−11​​,X=(A−2E)−1B.

例10最终答案▶ 00:16:10 播放从 00:16:10 播放查看原图

完成矩阵乘法:

X=(12000−2−1011)(36112−3)=(323−413−2).X= \begin{pmatrix} \frac12&0&0\\ 0&-2&-1\\ 0&1&1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 3&6\\ 1&1\\ 2&-3 \end{pmatrix} =\begin{pmatrix} \frac32&3\\ -4&1\\ 3&-2 \end{pmatrix}.X=​21​00​0−21​0−11​​​312​61−3​​=​23​−43​31−2​​.

6. 例 11:利用 AA∗=∣A∣EAA^*=|A|EAA∗=∣A∣E 化简方程

例11题目▶ 00:17:15 播放从 00:17:15 播放查看原图

已知

A=(210110001),A−1=A∗B+B,A=\begin{pmatrix} 2&1&0\\ 1&1&0\\ 0&0&1 \end{pmatrix},\qquad A^{-1}=A^*B+B,A=​210​110​001​​,A−1=A∗B+B,

求矩阵 BBB。

例11完整解答▶ 00:18:50 播放从 00:18:50 播放查看原图

直接计算 A−1A^{-1}A−1 与 A∗A^*A∗ 会很繁琐。观察等式中同时出现了 A−1A^{-1}A−1 与 A∗A^*A∗,在两边同时左乘 AAA:

E=AA∗B+AB=∣A∣B+AB.E=AA^*B+AB=|A|B+AB.E=AA∗B+AB=∣A∣B+AB.

由给定矩阵可得 ∣A∣=1|A|=1∣A∣=1,所以

E=B+AB=(E+A)B.E=B+AB=(E+A)B.E=B+AB=(E+A)B.

于是

B=(E+A)−1.B=(E+A)^{-1}.B=(E+A)−1.

本课在这里保留逆矩阵形式;E+AE+AE+A 的具体求逆将在后续初等行变换法中继续处理。

7. 本节检查清单

  1. 未把矩阵写在分母上;
  2. 左乘、右乘的位置与原方程一致;
  3. 提取 XXX 时保留矩阵的先后顺序;
  4. 数字与矩阵相减前补上单位矩阵,如 A−2EA-2EA−2E;
  5. 写逆矩阵前,先确认它确实可逆。

原始课程材料

课堂截图

8 张
2.8 矩阵方程课堂截图 1▶ 00:00:20 播放
01-AX方程与左乘求解.jpg查看原图
2.8 矩阵方程课堂截图 2▶ 00:05:35 播放
02-XA与AXB方程公式.jpg查看原图
2.8 矩阵方程课堂截图 3▶ 00:03:40 播放
03-易错点-矩阵不可作分母.jpg查看原图
2.8 矩阵方程课堂截图 4▶ 00:07:40 播放
04-例10-题目.jpg查看原图
2.8 矩阵方程课堂截图 5▶ 00:15:55 播放
05-例10-可逆性与求解.jpg查看原图
2.8 矩阵方程课堂截图 6▶ 00:16:10 播放
06-例10-最终答案.jpg查看原图
2.8 矩阵方程课堂截图 7▶ 00:17:15 播放
07-例11-题目.jpg查看原图
2.8 矩阵方程课堂截图 8▶ 00:18:50 播放
08-例11-完整解答.jpg查看原图
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