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麻省理工公開課:線性代數_學習筆記02

矩陣消元

這次是矩陣消元的內容,首先依然從一個方程組開始 

e.g. 

同樣先寫出他的係數矩陣


先寫出他的係數矩陣方框框起來的被稱為主1



第二個方框被稱為主元2,箭頭上是以消去元的位置而標明的.

 其實具體流程是這樣,為了消去第二個方程的x,然後兩邊同時減去第一個方程的三倍


就能達到消元目的了,這種方法被稱為高斯消元法。


同樣進行消元,可以得到最後一個矩陣,有一點需要注意的是主元不能為0,為0則不可逆。

下面把方程右邊加到係數矩陣中,這樣矩陣就可以被稱為增廣矩陣

(augmented matrix)



之前寫過過程就不一一論述,直接寫出結果。



最後將所得矩陣代入原來的方程組,這一過程被稱為回代(substitution)


那麼其實可以發現步驟是可以簡化的,可以直接乘以之前的兩個矩陣,讓方程組迅速取得最後的結果。

先考慮乘以什麼樣的矩陣可以得到第二步的矩陣

有一種矩陣叫做單位矩陣(identity matrix),可以乘以原矩陣讓其本身不變。相當於代數中1的作用


其實很直觀就能達到讓方程1的三倍減去方程2目的



就一般我們把這種由單位矩陣經過一次矩陣初等變換

得到的矩陣稱為

初等矩陣(element matrix)

接著繼續第二步(矩陣命名為E32)


那麼可以得出E32(E21*A) = V

其實矩陣是支援乘法結合律的,所以可以先(E32*E21)A = V

但是矩陣不支援乘法交換律 AB≠BA

可以用乘以置換矩陣(permutation matrix)的方式來說明