导图社区 线性代数
线性代数全书详细思维导图,包含矩阵的特征值和特征向量、向量空间、二次型、行列式、线性方程组和矩阵等。
数据库系统原理第一章思维导图,梳理了数据库系统概述的核心知识点,涵盖了数据库系统概述、数据模型、数据库系统的组成等,有助于理解和记忆知识点。
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线性代数
二次型
二次型与对称矩阵
设A、B均为n阶矩阵,若存在可逆矩阵C,使得B=C^T AC,则称矩阵A与B合同
若矩阵A和B合同,则A与B的秩相同
合同矩阵性质:自反性,对称性,传递性
化二次型为标准型
配方法
Step1:先找到平方项〖xi〗^2
Step2:将所有的xi项合并起来配方
Step3:重复Step1和Step2
初等变换
Step1:先写矩阵A(A是对称矩阵)
Step2:将A与I合并为(A/I)
Step3:对(A/I)做同样的行和列的初等变换
正交变换
Step1:先写出矩阵A
Step2:求特征值和基础解系
Step3:对特征向量进行正交化和单位化
二次型与正定性
正定性判定
A的全部顺序主子式>0
特征值全都大于0
合同于单位矩阵
A的正惯性指数为n
实二次型f(x)=x^T Ax是正定型(A是正定矩阵)
结论
正定矩阵行列式>0
合同的两个矩阵具有相同的正定性
实对角矩阵为正定矩阵的充要条件:主对角元素均大于0
正定矩阵性质
正定矩阵的主对角元素大于0--->若主对角元素中有小于/等于0的则一定不是正定矩阵
若A是n阶正定矩阵,则kA(k>0),A^m,A^T,A^*均为正定矩阵
若A和B是n阶正定矩阵,则A+B也是正定矩阵
若A和B是n阶正定矩阵,且可换,则AB也是正定矩阵
行列式
定义
行列式是一种数学运算,用于计算线性方程组的解
余子式和代数余子式
求法Mij,Aij
性质
行列式具有可加性、可乘性、可逆性等性质
转置性,转置相等
互换行或列,改变正负号
某一行或列元素为0或两行或列成比例,det为0
计算方法
行列式可以通过行列式展开、行列式乘法等方法进行计算
三角行列式
克拉默法则
定义概念
求线性方程组解
利用行列式求逆矩阵
det性质
矩阵A可逆
n阶矩阵A可逆的充要条件是det(A)≠0
求伴随矩阵
逆矩阵=1/det(A)X A*
应用
行列式在数学、物理、工程等领域有广泛应用
在数学中,行列式可以用来求解线性方程组
在物理中,行列式可以用来求解刚体运动问题
在工程中,行列式可以用来求解结构力学问题
行列式还可以用来求解矩阵的特征值和特征向量
局限性
行列式计算量较大,不适用于高阶矩阵
线性方程组和矩阵
线性方程组
线性方程组的概念
线性方程组的一般形式
线性方程组的解(是否相容)
解的存在性
解的唯一性
矩阵
定义;
矩阵的概念
矩阵的表示方法
分类简介
单位矩阵
上(下)三角矩阵
对角矩阵
增广矩阵和系数矩阵
矩阵的运算
矩阵的加法
矩阵的乘法
矩阵的转置
运算规律
对称矩阵
矩阵的逆
初等行变换法求逆矩阵
求解线性方程组
互换某一行或列的位置
用非零常数k乘以某一行或列各个元素
把某一行或列各元素乘常数k加到其他行或列
阶梯形矩阵
定义以及满足条件
简化阶梯形矩阵
分块矩阵
运算法则和普通矩阵运算法则一致
矩阵的特征值和特征向量
特征值和特征向量
设A为n阶矩阵,若存在常数λ及 n维非零向量x,使得Ax=λx,则称λ是矩阵的特征值,x是属于特征值的特征向量。
特征值:解行列式
特征向量:化简矩阵
相似矩阵
设A,B均是n阶矩阵,若存在可逆的n阶矩阵S,使得B=s^(-1) AS,则矩阵A和B相似
对角化
需要找可逆矩阵S使对角矩阵∧=s^(-1) AS(相似即可对角化)
Step1:特征方程|λI-A|=0求特征值
Step2:找出特征值对应的特征向量(λI-A)=0求基础解系
Step3:求S->基础解系对应的矩阵 对角矩阵:diag(λ1,λ2,……,λm)
实对称矩阵
需要找到正交矩阵Q,使得对角矩阵∧=Q^T AQ
Step3:将基础解系正交化+单位化得到Q对角矩阵:λ的集合diag(λ1,λ2,……,λm)
向量空间
向量之间的线性关系
线性相关
给定向量组a1,a2,⋯am,如果存在不全为零的实数k1,k2,⋯, km。使得 k1a1+k2a2+……+kmam=0,则向量组线性相关
至少有一个向量可以由其余向量线性表示
r(a1,a2,⋯as )<s
充要条件
(n+1)个n维向量
若部分相关,则整体相关
以少表多,多的相关
含零向量,成比例向量
充分条件
线性无关
r(a1,a2,⋯as )=s
若整体无关,则部分无关
两两正交的非零向量组必无关
不同特征值的特征向量线性无关
极大线性无关组
求解
Step1:向量组写成矩阵
Step2:化为最简阶梯矩阵
Step3:非零行非零首元所在的列
一个向量组的极大线性无关向量组都含有相同个数的向量
不是唯一的
一个向量组的任一极大线性无关组都与该向量组等价
矩阵的秩与向量组的秩
阶梯矩阵非零行数为矩阵的秩
向量组的秩:极大线性无关组所含向量个数
线性方程组解的结构
齐次
未知量个数=方程个数时:非零解->系数行列式=0
系数矩阵的秩和未知量个数的关系R(A)<=n
R(A)<n,无穷解(非零解)
R(A)=n,唯一解(零解)
非齐次(矩阵的秩R(A),增广矩阵的秩R(A,ß))
R(A)<R(A,ß)无解
R(A)=R(A,ß)有解
R(A)=n唯一解
R(A)<n无穷解
求解基础解系(极大线性无关组)