非奇异矩阵的多种判断方式

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了非奇异矩阵的多种判断方式。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

基本概念:

n阶方阵A是非奇异矩阵的充要条件是A为可逆矩阵。

下面列举几种判断方式(前提条件:矩阵是个n*n的方阵):

  1. 一个矩阵非奇异当且仅当行列式不为0。

  1. 一个矩阵非奇异当且仅当其所代表的线性变换是个自同构。

  1. 一个矩阵非奇异(正定)当且仅当它的每个特征值都大于0。

  1. 一个矩阵非奇异当且仅当它的秩为n。

  1. 一个矩阵A非奇异的充要条件是n*2n阵(A,En)可经过有限次的初等变换化为(En,B)。

  1. 如果矩阵A严格对角占优,则矩阵A非奇异。

下面给出上述定理的相关证明:

定理1:一个矩阵非奇异当且仅当行列式不为0

Proof:行列式表示线性变换的缩放比和方向。若行列式为0,表示线性变换后的维度降低。若维度降低,则不为可逆矩阵。

定理2:一个矩阵非奇异当且仅当其所代表的线性变换是个自同构。

PS:自同构:对于一个集合A,A中定义一个闭合运算○,存在一个A与A之间的映射φ ,若φ为一双射,且对于A内任意元素a,b都有φ(a○b)=φ(a)○φ(b)则这个映射φ 叫做一个对于○ 来说的A的自同构(automorphism)。

Proof:线性变换可以用矩阵表示,若线性变换自同构,则表示线性映射可逆,是个双射,则所代表的矩阵是可逆的,即矩阵非奇异。

定理3:一个矩阵正定(非奇异)当且仅当它的每个特征值都大于0。

PS:正定矩阵是一类特殊的实对称矩阵,如果一个矩阵M满足对于任何非零向量z,都有zTMz> 0,那么这个矩阵是正定矩阵。

Proof:所有特征值的乘积是方阵的行列式,若每个特征值都>0,则满足定理1,矩阵非奇异。

定理4:一个矩阵非奇异当且仅当它的秩为n。

Proof矩阵的秩表示线性变换后的空间维度。由定理1得,行列式为零意味着维度降低,因此方阵不满秩

定理5:一个矩阵A非奇异的充要条件是n*2n阵(A,En)可经过有限次的初等变换化为(En,B)。

Proof文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-451898.html

非奇异矩阵的多种判断方式
非奇异矩阵的多种判断方式

故:

非奇异矩阵的多种判断方式

定理6:如果矩阵A严格对角占优,则矩阵A非奇异。

Proof

非奇异矩阵的多种判断方式

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