理论教育 线性代数:利用初等变换求逆矩阵

线性代数:利用初等变换求逆矩阵

时间:2023-11-07 理论教育 版权反馈
【摘要】:由于任何可逆矩阵A都可以利用初等行变换化为单位矩阵,而每进行一次初等行变换相当于在左边乘一个同种的初等方阵,所以在利用初等行变换把可逆矩阵A化为单位矩阵时,就相当于找到有限多个初等方阵P1,P2,…

线性代数:利用初等变换求逆矩阵

由于任何可逆矩阵A都可以利用初等行变换化为单位矩阵,而每进行一次初等行变换相当于在左边乘一个同种的初等方阵,所以在利用初等行变换把可逆矩阵A化为单位矩阵时,就相当于找到有限多个初等方阵P1,P2,…,Pt,使

Pt…P2P1A=E.

上式同时在右边乘A−1,得

Pt…P2P1AA−1=EA−1

Pt…P2P1E=A−1.

这表示对A做一系列的初等行变换使之化为E时,对E做同样的一系列初等行变换可以使之化为A−1.把两式合在一起,得

这就是求逆矩阵的另一种重要方法:

即在n阶可逆矩阵A的右边写上与A同阶的单位矩阵E,构成一个n ×2n的新矩阵,然后对它进行一系列的初等行变换,把左半部分化为单位矩阵E,与此同时,右半部分就被化成了A−1.

类似地分析,可以得到利用初等列变换求A的逆矩阵的方法:

构成一个2n ×n的矩阵,然后对它进行一系列的初等列变换,把A化为单位矩阵E的同时E被化成了A−1.即

例10 设矩阵,求A−1.

解:

这种方法显然比利用伴随矩阵求逆矩阵简单,并且也不必先判断A是否可逆.如果A不能化为单位矩阵,则A不可逆;如果A可以化为单位矩阵,则A可逆,同时也求出了A−1.方阵的阶数越高时,利用初等行变换求逆矩阵就越显示出其优越性.

利用初等变换也可以去求解一些简单的矩阵方程:

(1)AX=B.

解题方法:当A可逆时,X=A−1B,构造新矩阵,并对矩阵进行一系列的初等行变换,使A化为单位矩阵E的同时矩阵B就化为了A1B,即

(2)XA=B.

解题方法:当A可逆时,X=BA−1,构造新矩阵,并对矩阵进行一系列的初等列变换,使A化为单位矩阵E的同时矩阵B就化为了BA−1,即

例11 设矩阵A和X满足等式AX=A+2X,其中,求X.(www.daowen.com)

解:由AX=A+2X可得(A−2E)X=A,

构造新矩阵,并对它施行初等行变换:

于是

例12 设A,B均为3阶方阵,且满足A1BA=6A+BA,且,求B.

解:用A−1右乘方程两边得A1B=6E+B,即(A−1−E)B=6E,B=6(A−1−E)−1.

从而.

练习题(四)

1.求下面矩阵的秩.

(1)

(2).

2.利用初等变换求下面矩阵的逆矩阵.

(1)

(2).

3.利用初等变换解以下矩阵方程.

(1)

(2).

4.设矩阵A和X满足等式AX=A+2X,其中,求X.

5.设,已知r(A)=2,求参数x,y.

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