矩阵可逆的几个充要条件

作者: Raow1 | 来源:发表于2020-12-18 23:51 被阅读0次

    矩阵可逆:
    概念:对于n阶矩阵\mathbf A,如果有一个n阶矩阵\mathbf B,使
    \mathbf{AB}=\mathbf{BA}=\mathbf E
    则说矩阵\mathbf A可逆的,并把矩阵\mathbf B称为\mathbf A逆矩阵

    1. |\mathbf A| \neq 0

    需要回忆一下伴随矩阵的概念,行列式的运算规律

    充分性:先证\mathbf{AA^\ast = A^\ast A = |A|E}

    再证充分性,

    必要性

    2. \mathbf A可表示为有限个初等矩阵相乘

    需要回忆一下初等矩阵的概念,矩阵的初等变换

    充分性

    必要性

    3. \mathbf A(行)等价于n阶单位矩阵

    4. R(\mathbf A)=n

    需要回忆一下矩阵的秩的概念。

    R(\mathbf A)=n \iff |\mathbf A| \neq 0 \iff 矩阵可逆

    5. \mathbf A的列(行)向量组线性无关

    需要回忆一下齐次线性方程组矩阵的列向量组等。

    以列向量组为例说明:
    \begin{align*} \mathbf A的列向量组线性无关 & \iff 对应齐次线性方程组只有零解 \\ &\iff R(\mathbf A)=n \\ &\iff 矩阵可逆 \end{align*}

    6. 齐次线性方程组\mathbf{Ax=0}仅有零解

    第5条中已说明。

    7. 非齐次线性方程组\mathbf{Ax=b}有唯一解

    没啥好证的。

    8. 任一n维向量可由\mathbf A的列(行)向量组线性表示

    需要回忆一下向量空间的内容。

    以列向量组为例说明:
    \begin{align*} 任一n维向量可由\mathbf A的列向量组线性表示 & \iff 一组n维自然基能由\mathbf A的列向量组线性表示 \\ &\iff 能互相线性表示 \\ &\iff 相互等价 \\ &\iff 两者的秩都是n \\ &\iff 矩阵可逆 \end{align*}

    9. \mathbf A的特征值都不为0

    记忆一下特征值的乘积为矩阵行列式(这个不证)。

    \begin{align*} \mathbf A的特征值都不为0 & \iff |\mathbf A| \neq 0 \\ &\iff 矩阵可逆 \end{align*}

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