MIT线性代数:2.矩阵的消元

看下面的含三个方程的方程组:

x+2y+z=2

3x+8y+z=12

4y+z=2

写成矩阵的形式:


Ax=b       \Rightarrow     \begin{bmatrix} 1 &2 &1 \\ 3&8 &1 \\ 0&4 &1 \end{bmatrix}\begin{bmatrix} x\\ y\\z \end{bmatrix}  = \begin{bmatrix} 2\\12 \\2 \end{bmatrix}

矩阵乘法的实质:

A左乘B = C   的几何意义:矩阵A的列向量的线性组合得到了C

  3倍的列1向量 + 4倍的列2向量 + 5倍的列3向量 = C

A右乘B=C   的几何意义:矩阵A的行向量的线性组合得到了C

6倍的行1向量 + 7倍的行二向量 + 8倍的行3向量 = C

消元:

step1:想办法将第二行的3变为0----->第二行减去3倍的第一行

\begin{bmatrix} 1 &2 &1 \\ 0&2 &-2 \\ 0& 4 &1 \end{bmatrix}

想要变成这一步如果用矩阵乘法的角度来看:对于行变换,矩阵右乘某个矩阵。

\begin{bmatrix} 1&0 &0 \\ -3&1 &0 \\ 0& 0& 1 \end{bmatrix}    \begin{bmatrix} 1 &2 &1 \\ 3&8 &1 \\ 0&4 &1 \end{bmatrix}   =    \begin{bmatrix} 1 &2 &1 \\ 0&2 &-2 \\ 0& 4 &1 \end{bmatrix}

step2:将第三行的前两个变成0------->第三行减去两倍的第二行

红色的就是主元。同时上面的矩阵也叫上三角矩阵U

从矩阵的乘法的角度:

\begin{bmatrix} 1 &0 &0 \\ 0& 1 &0 \\ 0&-2 &1 \end{bmatrix}\begin{bmatrix} 1 &2 &1 \\ 0&2 &-2 \\ 0& 4 &1 \end{bmatrix}   =  \begin{bmatrix} 1&2 &1 \\ 0& 2 &-2 \\ 0& 0 &5 \end{bmatrix}

回代:将上面步骤再走一遍。

写成增广矩阵:

\begin{bmatrix} 1 & 2 & 1 &2 \\ 3& 8& 1&12 \\ 0& 4 & 1 & 2 \end{bmatrix}

最后:

\begin{bmatrix} 1 &2 &1 &2 \\ 0& 2 &-2 &6 \\ 0& 0 & 5 &-10 \end{bmatrix}

最后方程组可以写成:这样就已经完成可消元

x+2y+z=2

2y-2z=6

5z=-10

置换行: 如何将 \begin{bmatrix} a &b \\ c& d \end{bmatrix} 变换成\begin{bmatrix} c&d \\ a&b \end{bmatrix}

我们从行的线组合来看:(右乘)

新矩阵第一行 = 原矩阵第一行*0 + 原矩阵第二行*1

新矩阵的第二行 =  原矩阵第一行 *1 + 原矩阵第二行*0

所以:

\begin{bmatrix} 0 &1 \\ 1& 0 \end{bmatrix}  \begin{bmatrix} a &b \\ c& d \end{bmatrix}   =  \begin{bmatrix} c&d \\ a&b \end{bmatrix}

置换列:将\begin{bmatrix} a &b \\ c& d \end{bmatrix}变换成\begin{bmatrix} b &a \\ d& c \end{bmatrix}

我们从列的线性组合来看:(左乘)

新矩阵的第一列 =  原矩阵的第一列*0 + 原矩阵的第二列*1

新矩阵的第二列 = 原矩阵的第一列*1   + 原矩阵的第二列*0

\begin{bmatrix} a &b \\ c& d \end{bmatrix}  \begin{bmatrix} 0 &1 \\ 1& 0 \end{bmatrix}   =  \begin{bmatrix} b &a \\ d& c \end{bmatrix}

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转载自blog.csdn.net/lily559/article/details/82532780
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