7.1. 常用总结¶
7.1.1. 顺序主子式¶
设有 \(n\) 阶方阵 \({\bm A}\)
则其 \(i, (0 \leq i \leq n)\) 阶顺序主子式为行列式
矩阵 \({\bm A}\) 所有阶顺序主子式 \(D_1, D_2, \cdots, D_n\) 组成 \({\bm A}\) 的顺序主子式.
矩阵 \({\bm A}\) 为正定矩阵的充要条件是 \({\bm A}\) 的所有顺序主子式 \(D_i\) 大于零;
矩阵 \({\bm A}\) 有唯一LU分解的充要条件是 \({\bm A}\) 的所有顺序主子式 \(D_i\) 不等于零;
7.1.2. 伴随矩阵¶
定义 : 对于方阵 \({\bm A} = (a_{ij})_{n\times n}\) , 将矩阵 \({\bm A}\) 的第 \(i\) 行第 \(j\) 列去掉后, 剩下的元素按原来的顺序组成一个新的 \(n-1\) 阶矩阵, 新矩阵的行列式称为元素 \(a_{ij}\) 的 余子式 , 记为 \(M_{ij}\) ; 称 \(A_{ij} = (-1)^{i+j}M_{ij}\) 为 \(a_{ij}\) 的代数余子式; 将所有元素的代数余子式按如下规律组成一个矩阵, 将此矩阵称为方阵 \({\bm A}\) 的 伴随矩阵 , 记为: 方阵 \({\bm A}^{*}\)
性质:
\({\bm A}\) 可逆 \(\leftrightarrow\) \({\bm A}^*\) 可逆
\({\bm A}\) 可逆 \(\leftrightarrow\) \(({\bm A}^{-1})^* = ({\bm A}^*)^{-1}\)
\({\bm A}\) 可逆 \(\leftrightarrow\) \({\bm A}^* = |{\bm A}|{\bm A}^{-1}\)
\(({\bm A}^*)^* = (|{\bm A}|{\bm A}^{-1})^* = |{\bm A}|^{n-1}({\bm A}^*)^{-1}\)
\(({\bm A}^T)^* = ({\bm A}^*)^T\)
\((k{\bm A})^* = k^{n-1}{\bm A}^*\)
\(({\bm A}{\bm B})^* = {\bm B}^*{\bm A}^*\)
\(|{\bm A}^*| = |{\bm A}|^{n-1}\)
7.1.3. 矩阵的逆¶
性质¶
设 \({\bm A}, {\bm B}\) 为 \(n\) 阶可逆矩阵, 数 \(\lambda \neq 0\) , 则
\(({\bm A}^{-1})^{-1} = {\bm A}\)
\(({\bm A}^T)^{-1} = ({\bm A}^{-1})^T\)
\((\lambda{\bm A})^{-1} = \lambda^{-1}{\bm A}^{-1}\)
\(({\bm A}{\bm B})^{-1} = {\bm B}^{-1}{\bm A}^{-1}\)
特殊矩阵的逆¶
二阶方阵的逆¶
提示
上述公式源于伴随矩阵求逆原理.
三角矩阵的逆¶
求解方法¶
以以下矩阵为例:
\({\bm A} = \left[ {\begin{array}{ccc}1&2&2\\2&1&2\\2&0&1\end{array}} \right]\)
伴随矩阵求逆¶
由 \({\bm A}^* = |{\bm A}|{\bm A}^{-1}\) 知 \({\bm A}^{-1} = \frac{1}{|{\bm A}|}{\bm A}^*\) , 故可根据此式计算.
例如:
从而有
初等行变换求逆¶
将待求逆矩阵与单位矩阵拼成一个矩阵, 对新矩阵只进行 初等行变换 , 使得待求逆矩阵部分变为单位矩阵, 那么对应的原始的单位阵变为待求逆矩阵的逆, 即
例如:
Sherman-Morrison-Woodbury公式¶
设 \({\bm A}\in {\mathbb R}^{n\times n}\) 非奇异, \({\bm u}, {\bm v}\in {\mathbb R}^n\) , 则有 Sherman-Morrison 等式
提示
Sherman-Morrison等式可以通过求解线性方程组 \(({\bm A} + {\bm u}{\bm v}^T){\bm x} = {\bm b}\) 得到.
由 Sherman-Morrison 公 式.7.1 , 令 \({\bm U}\in {\mathbb R}^{n\times k}\) , \({\bm V}\in {\mathbb R}^{n\times k}\) , 则有 Sherman-Morrison-Woodbury 等式
7.1.4. 矩阵的秩¶
性质¶
\(0 \leq {\rm rank}({\bm A}_{m \times n}) \leq {\rm min} \{m, n\}\)
\({\rm rank}({\bm A}^T) = {\rm rank}({\bm A})\)
\({\rm rank}({\bm A}{\bm B}) \leq {\rm min}\{ {\rm rank}({\bm A}), {\rm rank}({\bm B})\}\)
\({\rm rank}({\bm A}+{\bm B}) \leq {\rm rank}({\bm A}) + {\rm rank}({\bm B})\)
\({\rm max}\{ {\rm rank}({\bm A}), {\rm rank}({\bm B})\} \leq {\rm rank}({\bm A}, {\bm B}) \leq {\rm rank}({\bm A}) + {\rm rank}({\bm B})\)
若 \({\bm A} \sim {\bm B}\) , 则 \({\rm rank}({\bm A}) = {\rm rank}({\bm B})\)
若 \({\bm P} , {\bm Q}\) 可逆 , 则 \({\rm rank}({\bm P}{\bm A}{\bm Q}) = {\rm rank}({\bm A})\)
若 \({\bm A}_{m\times n}{\bm B}_{n\times l} = {\bm O}\) , 则 \({\rm rank}({\bm A}) + {\rm rank}({\bm B}) \leq n\)
若 \({\bm A}\) 为列满秩矩阵, 且 \({\bm A}{\bm B} = {\bm O}\) , 则 \({\bm B} = {\bm O}\)
7.1.5. 矩阵的迹行列式特征值¶
方阵 \({\bm A}\) 的行列式与特征值的关系: \(|{\bm A}| = \lambda_1\lambda_2 \cdots \lambda_n\)
方阵 \({\bm A}\) 的迹与特征值的关系: \({tr}({\bm A}) = \lambda_1 + \lambda_2 + \cdots + \lambda_n\)