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矩阵的逆 inverse

矩阵的逆 inverse

作者: Paycation | 来源:发表于2018-12-24 22:57 被阅读21次

    以下为MIT18.06 线性代数第20课笔记,记于2018年12月22日。

    回顾推广后的代数余子式求行列式公式:

    det=a_{i1}C_{i1}+a_{i2}C_{i2}+...+a_{in}C_{in}

    来看二阶矩阵的求逆公式:
    \begin{vmatrix}a&b\\c&d\end{vmatrix}^{-1}=\dfrac{1}{ad-bc}\begin{vmatrix}d&-b\\-c&a\end{vmatrix}

    再思考二阶矩阵中每个元素的代数余子式,注意其符号分布:\begin{vmatrix}+&-\\-&+\end{vmatrix}
    对于a的代数余子式,我用C(a)表示。那么有C(a)=d, C(b)=-c, C(c)=-b, C(d)=a。按顺序放在对应元素的位置:\begin{vmatrix}d&-c\\-b&a\end{vmatrix},转置后:\begin{vmatrix}d&-b\\-c&a\end{vmatrix}。因此我们猜想:

    A^{-1}=\dfrac{1}{det(A)}C^{T}

    其中,C表示由代数余子式组成的矩阵。现在来求证它,不难看出,只需要证明:
    AC^T=det(A)I
    即:\begin{vmatrix}a_{11}&...&a_{1n}\\a_{n1}&...&a_{nn}\end{vmatrix}\begin{vmatrix}c_{11}&c_{n1}\\...&...\\c_{1n}&c_{nn}\end{vmatrix},其对角线符合代数余子式求行列式的公式,因此对角线的元素的值都等于det(A)。而其他位置的相当于用某一行的元素乘以另一行的代数余子式,其结果是0,这个证明如下:
    设:
    det(A) = \begin{vmatrix}a_{11}&a_{12}&...&a_{1n}\\a_{i1}&a_{i2}&...&a_{in}\\a_{j1}&a_{j2}&...&a_{jn}\\a_{n1}&a_{n2}&...&a_{nn}\end{vmatrix}
    det(B) = \begin{vmatrix}a_{11}&a_{12}&...&a_{1n}\\a_{i1}&a_{i2}&...&a_{in}\\a_{i1}&a_{i2}&...&a_{in}\\a_{n1}&a_{n2}&...&a_{nn}\end{vmatrix}
    det(A)det(B)仅第j行不同,且B的第j行等于A的第i行,其他所有行相同。那么根据代数余子式求行列式公式有:
    det(A)=a_{j1}C_{j1}+...+a_{jn}C_{jn}
    又因为B中有相同的行,其行列式为0,且它的除第j行以外的行与A相同,也就是说,A, B的第j行代数余子式是相同的:
    det(B)=a_{i1}C_{j1}+...+a_{in}C_{jn}=0
    即可知,一行的元素与另一行的代数余子式乘积之和为0。命题A^{-1}=\dfrac{1}{det(A)}C^{T}得证。

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