gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法转载来源于:http://student.zjzk.cn/course_ware/web-gcsx/gcsx/chapter3/chapter3.2.htmhttp://student.zjzk.cn/course_ware/web-gcsx/gcsx/chapter1/chapter1.2.htm#21先回顾一下高斯消元法:§1.2 消元法与矩阵的初等

大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。如果您正在找激活码,请点击查看最新教程,关注关注公众号 “全栈程序员社区” 获取激活教程,可能之前旧版本教程已经失效.最新Idea2022.1教程亲测有效,一键激活。

Jetbrains全系列IDE使用 1年只要46元 售后保障 童叟无欺

转载来源于:

http://student.zjzk.cn/course_ware/web-gcsx/gcsx/chapter3/chapter3.2.htm

http://student.zjzk.cn/course_ware/web-gcsx/gcsx/chapter1/chapter1.2.htm#21



先回顾一下高斯消元法:

§1.2 消元法与矩阵的初等变换

定义1. 由m个方程,n个未知量组成的线性方程组的一般

形式是:

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

其中 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 未知量 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 是第i个方程中未知量 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 的系数gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 称为常数。如果 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法  不全为零,则称方程组为非齐次线性方程组; 如果 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法  全为零,则称方程组为齐次线性方程组

   线性方程组和矩阵有密切的关系,未知量的系数所组成的 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 矩阵

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

称为方程组的系数矩阵。常数项也可以组成一个 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 矩阵,

即列矩阵

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

如果把b添写在系数矩阵A的右边,便得到 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 矩阵

  gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 为方程组的增广矩阵。显然,增广矩阵完全确定了线性方程组。

   如果存在一组常数:

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 ,使得 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 满足方程组,称为方程组的一个解。如果两个线性方程组有相同的解,则称它们是同解的

 

  例1. 用消元法求解线性方程组

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

消去了 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

上面最后这个方程组称为阶梯形方程组,其中各方程组所含未知量的个数,从上一方程到下一方程在逐步减少,因此它就是我们希望转化的形式。要解出方程组的解,现在只需逐步回代:先把 (19) 解出的 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 代入 (18),,得 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 在把 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法  gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 代入(17),得 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 ,于是得方程组得解:

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法    gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法  gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

分析上述消元的过程,容易看出它实际上只是对方程组反复施行一下3种变换:

(1)             交换变换:交换第i 行与第j 行的位置 (记为 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 

(2)             倍法变换:用非零数k乘第i行(记为 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 ,或 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 

(3)             消法变换:把第i 行的k倍加到第j行上去(记为 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 或 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 

分别称为矩阵的第一种,第二种,第三种初等行变换,统称为矩阵的初等行变换

因此,对方程组施行的初等变换,相当于对方程组的增广矩阵gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法施行相应的初等行变换。

例2.

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

上面最后这个矩阵称为阶梯形矩阵gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法,与它对应的方程组就是前面的阶梯形方程组gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法。阶梯形矩阵是线性代数中常用的一种矩阵,它的定义是:

定义2. 称满足下列两个条件的矩阵为阶梯形矩阵

(1)如果存在零行(元素全是零的行),则零都在非零行(元素不全为零的行)的下边;

(2)每个首非零元(非零行最左边的非零元素)所在的列中,位于这个非零元下边的元素全是零。

例如,下列矩阵都是阶梯形矩阵。

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

列矩阵都不是阶梯形矩阵:

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

例2. 用初等行变换将矩阵

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

化成首非零元都是1 的阶梯形矩阵

解: gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

前面我们给出了矩阵初等行变换的定义gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法,如果将这个定义中的“行”都换成“列”,它就是矩阵初等列变换的定义(约定今后用记号“ gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 ” ,“ gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法”,“ gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 ” 等,分别表示矩阵的第一种,第二种,和第三种初等列变换)。

定义3. 矩阵的初等行变换和初等列变换统称为矩阵的初等变换gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

如果矩 阵A经过若干次初等行(列)变换后变成了矩 阵B,则称A与B行(列)等价,或称A行(列)等价于B,简称A等价于B,记为 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 。

行数列数均相同的二个矩阵称为同型矩阵

矩阵等价是同型矩阵之间的一种关系。这种关系具有下列基本性质:

(1)          反身性: gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 

(2)          对称性:若 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 ,则 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 

(3)          传递性:若 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法  gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 ,则 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 

     矩阵行等价和矩阵列等价统称为矩阵等价。



§3.2.高斯—约当消元法

在1.2节曾对求解线性方程组的消元法作过初步讨论,下面我们通过矩阵的初等变换,对消元法作进一步的研究。

我们可通过消法变换gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法把矩阵化为成标准型和上三角形等。用以下定理得到的算法,规律性强,更适宜于用计算机解题。

定理一. 任意一个非零矩阵 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 可经初等变换化为下

面形式的矩阵

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法     

该矩阵称为矩阵A的标准形

证明  因A≠0,不妨设a11≠0,这是因为,假若a11=0,

我们可用交换变换,将A中的某一非零元素调换到第一行第一列

上去。对A施行初等变换,得

    gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

    gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

    gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 ,

如果A1=0,则B已是标准形了,如果A1¹0,同样可不妨设

b22≠0,继续对B进行等变换,得

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

 

  gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法   

             gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 ,

同样,若A2=0,则是C已是标准形,若A2≠0,重复上述步骤,

必可得到矩阵的标准形。特别,当 r=m<n时,A的标准形为

                          [Em,0]

当r=m>n时,A的标准形为

                          gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 ,

当r=m=n时,A的标准形为En

 

例1.

    gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

 

     gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

    gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

此法常用来求矩阵的秩。注意,此法有列变换,不适宜于解线性方程组。

 

定理二.任一非零阵A=(aijm×n,可经消法变换gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法化为上三角阵

    gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

……®A*

下面写出此消元法的算法:(设akk(k)¹0)

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

当m>n

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

 当m<n

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

当m=n

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

 

例2

A= gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

此方法通常称为高斯消元法,常用于解线性方程组和矩阵的秩gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法的计算。如例2中矩阵A的秩r(A)=3。

例3. gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

解:

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

   AX = B*   为   gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

x3=2,

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

 

定理三. 任一非零方阵A=(aij)n×n可经初等行变换gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法化为标准型。

证明:

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

与定理一的区别在于

1)不用列变换。

2)第j列消元时,不只是消去1的下方的元素,而是同时消去

   j列中除主对角线元素之外的所有元素。

3)对第n列也需要消元。

 

下面写出此消元法的算法:(若 akk ¹ 0)

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

例4

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

 

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

 

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 =I

此方法通常称为高斯—约当方法,常用于解线性方程组和求

逆矩阵gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 从例子可见,高斯—约当方法把一个非奇异gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法的矩阵A变成了单位矩阵I,也就是相当于在A的左边乘上了A-1,于是对增广矩阵 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 ,A-1b=x即为线性方程组Ax=b的解。 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 增广的部分就是A-1

例5.求矩阵

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 的逆矩阵gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 得  gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

高斯—约当消元法也可以同时解几个系数矩阵相同的方程组。gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

 

例6.

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 一起解

解    由于

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

对应矩阵可逆gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法,于是可用初等行变换求解。

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

             gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

得矩阵方程的解    gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

其实是同时解了

    gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法         

二个线性方程组。

 

例7 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

解: gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 再从最下边的一个主元1开始,依次把每个主元1上边的元素都化成零:

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

这就把 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法 化成了简化行阶梯形矩阵,对应的同解方程组是

gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

其中未知量x1,x2,x3对应于主元1,我们称它们为约束未知量(通常我们把对应于单位向量的未知量作为约束未知量);而把方程组中除约束未知量外的其它未知量(这里只有x4)称为自由未知量。由上面的方程组中解出约束未知量,这只要将自由未知量移到方程右端去,即得 gauss-jordan消元法求矩阵的逆_伪逆矩阵求法

解有无穷多组,表示了此方程组的全部解。若任给x4的一个值,由上式就可唯一的定出x1,x2,x3的一组解,从而连同给定的x4的值,就可得到方程组的一个解。例如,令x4=2,代入上式就得到方程组的一个解  x1=-3,x2=-1,  x3=1,  x4=2

如果令x4=-4,代入上式就得到方程组的另一个解

x1=6,x2=5,  x3=-2,  x4=-4

 

定义1. ,用自由未知量表示约束未知量的表达式称为线性方程组的通解。表示了线性方程组的全部解。

版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至 举报,一经查实,本站将立刻删除。

发布者:全栈程序员-用户IM,转载请注明出处:https://javaforall.cn/171673.html原文链接:https://javaforall.cn

【正版授权,激活自己账号】: Jetbrains全家桶Ide使用,1年售后保障,每天仅需1毛

【官方授权 正版激活】: 官方授权 正版激活 支持Jetbrains家族下所有IDE 使用个人JB账号...

(0)


相关推荐

  • 使用Python实现RSA加密算法及详解RSA算法「建议收藏」

    使用Python实现RSA加密算法及详解RSA算法「建议收藏」代码已经放上github:https://github.com/chroje/RSA一、非对称加密算法1、乙方生成两把密钥(公钥和私钥)。公钥是公开的,任何人都可以获得,私钥则是保密的。2、甲方获取乙方的公钥,然后用它对信息加密。3、乙方得到加密后的信息,用私钥解密。二、RSA算法1977年,三位数学家Rivest、Shamir和Adleman设计了一种算法,可以实现非对称加密。这种算法…

  • JWT 单点登录(项目实现)「建议收藏」

    JWT 单点登录(项目实现)「建议收藏」下面以实际项目中的应用分析,首先看一下大致的数据流图:一、实现思路1、项目一开始我先封装了一个JWTHelper工具包,主要提供了生成JWT、解析JWT以及校验JWT的方法,其他还有一些加密相关操作,后面我会以代码的形式介绍下代码。工具包写好后我将打包上传到私服,能够随时依赖下载使用;2、接下来,我在客户端项目中依赖JWTHelper工具包,并添加Interceptor拦截器,拦截需要校验登录的接口。拦截器中校验JWT有效性,并在response中重新设置JWT的新值;3、最后在JWT服

  • HDU 2254 奥运(数论+矩阵)

    HDU 2254 奥运(数论+矩阵)

  • 深度了解 JavaScript 中 三目运算符

    深度了解 JavaScript 中 三目运算符深度了解JavaSCript中三目运算符初次写文章留作纪念三目运算符的写法及体征通过一个简单的案例,让你更深层的了解判断类型的三目运算符的应用分为单条件和多条件两种类型。单条件语法多条件语法布尔表达式?表达式true执行:表达式false执行布尔表达式1?表达式1true执行:(布尔表达式2?表达式2的true执行:两个表达…

  • 手机上编写Java程序的软件

    手机上编写Java程序的软件对于程序员来说,编写代码几乎都是在电脑上,但有时候在一些特殊情况下,没有电脑,或者不方便带电脑,这时就想,要是能在手机上写代码该多好啊。以前我也折腾过,找过许多软件,但感觉不如我意;但我并没有放弃,在浏览YouTube的时候,偶然发现了一款软件,好奇的我就下载来试了试,还真是好用,功能挺齐全的。下面就给大家推荐一下。Android系统由于本人用的是Android手机,就主要讲讲在Android…

  • 好用的免杀远控_延迟低的远程控制软件

    好用的免杀远控_延迟低的远程控制软件能测试的,私联系。

    2022年10月24日

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。

关注全栈程序员社区公众号