本章内容包括矩阵、行列式与线性代数方程组两部分.
在前一部分,叙述了矩阵和行列式的基本概念,重点介绍各种类型矩阵的性质、基本运算,此外,还介绍了矩阵的特征值与特征矢量的求法,及有关的内容,如相似变换等;在线性方程组部分,着重介绍含n个未知量的n个方程的方程组解法,也简单地讨论了解的结构.最后对整系数线性方程组和线性不等式组也作了扼要说明.
[矩阵与方阵]数域(第三章,§1)F上的m×n个数aij(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)按确定的位置排成的矩形阵列,称为m×n矩阵.记作
A=
其中横的一排叫做行,竖的一排叫做列,aij称为矩阵的第i行第j列的元素,矩阵A简记为(aij)或(aij)m´ n.
n×n矩阵也称为n阶方阵,a11,a12,…,ann称为矩阵A的主对角线的元素.
行数m与列数n都是有限的矩阵,称为有限矩阵.否则称为无限矩阵.
[矢量的线性相关与线性无关]对于n维空间的一组矢量x1,x2,…,xm,若数域F中有一组不全为零的数ki (i=1,2,…,m),使
k1x1+k2x2+…+kmxm=0
成立,则称这组矢量在F上线性相关,否则称这组矢量在F上线性无关.
矢量组的线性相关性的讨论:
1° 矢量组x1,x2,…,xm线性相关的充分必要条件是:其中至少有一个矢量xi可用其他矢量的线性组合来表示,即
2° 包含零矢量的矢量组一定线性相关.
3° 矢量组x1,x2,…,xm 中,若有两个矢量相等:xi=xj(i≠j),则该矢量组线性相关.
4° 若矢量组x1,x2,…,xr 线性相关,则再添加若干个矢量后所组成的矢量组仍然线性相关;若矢量组x1,x2,…,xm 线性无关,则其中任一部分矢量组成的矢量组也线性无关.
5° 若x1,x2,…,xr线性无关,而x1,x2,…,xr+1线性相关,则xr+1可以表示为x1,x2,…,xr的线性组合.
[行矢量与列矢量 · 矩阵的秩] 由矩阵任一行的元素构成的n维矢量称为行矢量,记为
ai=(ai1,ai2,...,ain) (i=1,2,...,m)
由矩阵任一列的元素构成的m维矢量称为列矢量,记为
(j=1,2,...,n)
式中t 表示转置,即行(列)转换为列(行).
若矩阵A的n个列矢量中有r个线性无关(r≤n),而所有个数大于r的列矢量组都线性相关,则称数r为矩阵A的列秩.类似可定义矩阵A的行秩.
矩阵A的列秩与行秩一定相等,它也称为矩阵的秩,记作rank A=r.
矩阵的秩也等于该矩阵中不等于零的子式(见本节,二)的最大阶数.