线性代数感悟之6 单位矩阵和初等矩阵

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引言

最近在看 liuyubobobo 的  线性代数 课,感觉很妙,有些感悟记录一下~~~

单位矩阵:

线性代数感悟之6 单位矩阵和初等矩阵​ 

单位矩阵的特点:从左上角到右下角的对角线(称为主对角线)上的元素均为1。

使用行视角,将单位矩阵看成一个变化矩阵。

线性代数感悟之6 单位矩阵和初等矩阵​‘ 线性代数感悟之6 单位矩阵和初等矩阵

那么 单位矩阵

第1行的作用: 将1行的数据保持不变,第2行,和第3行的数据清零,最后,将所有的结果相加!,得到第1行数据不变。

第2行的作用: 将2行的数据保持不变,第1行,和第3行的数据清零,最后,将所有的结果相加!,得到第2行数据不变。

第3行的作用: 将3行的数据保持不变,第1行,和第2行的数据清零,最后,将所有的结果相加!,得到第3行数据不变。

三行不变的数据,构成了和之前一模一样的矩阵。

(注意最后有个相加的动作!要理解矩阵的乘法,这个过程要反复理解)

因为,矩阵的乘法行视角中,变化矩阵的一行会同时作用到一整列,然后相加得到一个数(也就是这个单列的某一行)!所以使某些地方为零,才能保证只针对一行数据。

那么单位矩阵就完美的使被变换矩阵,不发生变化!

初等矩阵

首先在高斯约旦消元法中,矩阵的基本几个操作为:

  1. 矩阵的某一行乘以一个常数
  2. 矩阵的一行加/减另一行的若干倍
  3. 交换矩阵的两行

那么可以让一个矩阵发生以上这三种变换的变换矩阵,就称之为初等(变换)矩阵。

矩阵的某一行乘以一个常数 

线性代数感悟之6 单位矩阵和初等矩阵

 矩阵的一行加/减另一行的若干倍

线性代数感悟之6 单位矩阵和初等矩阵

 线性代数感悟之6 单位矩阵和初等矩阵

 线性代数感悟之6 单位矩阵和初等矩阵

交换矩阵的两行

线性代数感悟之6 单位矩阵和初等矩阵

 小结:

         1 矩阵的某一行乘以一个常数  和 矩阵的一行加/减另一行的若干倍 其实可以看成一种。

矩阵的某一行乘以一个常数其实就是加上自己的若干倍。规律其实很简单,看图更直接,文字描述反而复杂。

根据这个规律我们还可以得到一个结论:要想将一个矩阵变成上三角矩阵,那么这个变化矩阵必然是一个下三角矩阵。而变成上三角矩阵的过程就是高斯消元的过程。(注意图中左侧为单位下三角矩阵,如果不考虑对角线一定为1就是下三角矩阵)

线性代数感悟之6 单位矩阵和初等矩阵

 

        2 交换矩阵的两行,相当于两行发生的变换,所以单位矩阵也需要变换两行,其实就是单位矩阵怎么交换行,对应的矩阵就会发生相应的行交换。

        3 初等矩阵都是可逆的,这个很好理解,因为初等矩阵都是在单位矩阵的基础上变化而来,所以只要逆向操作就可以变回单位矩阵。

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