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第二章第二章 矩阵及其运算矩阵及其运算基本要求基本要求理解矩阵的概念，分清零矩阵、对角矩阵、单位理解矩阵的概念，分清零矩阵、对角矩阵、单位矩阵、对称矩阵等特殊的矩阵矩阵、对称矩阵等特殊的矩阵熟练掌握矩阵的加法及数乘运算、矩阵与矩阵的熟练掌握矩阵的加法及数乘运算、矩阵与矩阵的乘法、矩阵的转置、方阵的行列式以及它们的运乘法、矩阵的转置、方阵的行列式以及它们的运算规律算规律理解可逆矩阵的概念及性质，以及矩阵可逆的充理解可逆矩阵的概念及性质，以及矩阵可逆的充要条件，理解伴随矩阵的概念和性质，会用伴随要条件，理解伴随矩阵的概念和性质，会用伴随矩阵求矩阵的逆阵矩阵求矩阵的逆阵知道分块矩阵及其运算规律，熟悉矩阵的行向量知道分块矩阵及其运算规律，熟悉矩阵的行向量组和列向量组组和列向量组第一节第一节 矩阵矩阵1.线性方程组线性方程组的解取决于的解取决于系数系数常数项常数项一、矩阵概念的引入一、矩阵概念的引入对线性方程组的对线性方程组的研究可转化为对研究可转化为对这张表的研究这张表的研究.线性方程组的系数与常数项按原位置可排为线性方程组的系数与常数项按原位置可排为2.某航空公司在某航空公司在A,B,C,D四四城市之间开辟了若干航线城市之间开辟了若干航线,如图所示表示了四城市间的如图所示表示了四城市间的航班图航班图,如果从如果从A到到B有航班有航班,则用带箭头的线连接则用带箭头的线连接 A 与与B.四城市间的航班图情况常用表格来表示四城市间的航班图情况常用表格来表示:发站发站到站到站其中其中 表示有航班表示有航班.为了便于计算为了便于计算,把表中的把表中的 改成改成1,空白地方填上空白地方填上0,就得到一个数表就得到一个数表:这个数表反映了四城市间交通联接情况这个数表反映了四城市间交通联接情况.二、矩阵的定义二、矩阵的定义 由由 个数个数排成的排成的 行行 列的数表列的数表称为称为 矩阵矩阵.简称简称 矩阵矩阵.记作记作简记为简记为元素是实数的矩阵称为元素是实数的矩阵称为实矩阵实矩阵,元素是复数的矩阵称为元素是复数的矩阵称为复矩阵复矩阵.例如例如是一个是一个 实矩阵实矩阵,是一个是一个 复矩阵复矩阵,是一个是一个 矩阵矩阵,是一个是一个 矩阵矩阵,是一个是一个 矩阵矩阵.例如例如是一个是一个3 阶方阵阶方阵.几种特殊矩阵几种特殊矩阵(2)(2)只有一行的矩阵只有一行的矩阵称为称为行矩阵行矩阵(或或行向量行向量).(1)(1)行数与列数都等于行数与列数都等于 的矩阵的矩阵 ，称为，称为 阶阶方阵方阵.也可记作也可记作只有一列的矩阵只有一列的矩阵称为称为列矩阵列矩阵(或或列向量列向量).).称为称为对角对角对角对角矩阵矩阵矩阵矩阵(或或对角阵对角阵对角阵对角阵）.（3）形如形如 的方阵的方阵,不全为不全为0 （4）元素全为零的矩阵称为元素全为零的矩阵称为零矩阵零矩阵，零零矩阵记作矩阵记作 或或 .注意注意不同阶数的零矩阵是不相等的不同阶数的零矩阵是不相等的.例如例如记作记作(5)方阵方阵称为称为单位矩阵单位矩阵（或（或单位阵单位阵）.同型矩阵与矩阵相等的概念同型矩阵与矩阵相等的概念 1.1.两个矩阵的行数相等两个矩阵的行数相等,列数相等时列数相等时,称为称为同同型矩阵型矩阵.全为全为1 2.2.两个矩阵两个矩阵 为为同型矩阵同型矩阵,并且并且对应元素相等对应元素相等,即即则称则称矩阵矩阵 相等相等,记作记作例如例如为为同型矩阵同型矩阵.例例2 设设解解三、小结三、小结(1)(1)矩阵的概念矩阵的概念(2)特殊矩阵特殊矩阵方阵方阵行矩阵与列矩阵行矩阵与列矩阵;单位矩阵单位矩阵;对角矩阵对角矩阵对角矩阵对角矩阵;零矩阵零矩阵.思考题思考题矩阵与行列式的有何区别矩阵与行列式的有何区别?矩阵与行列式有本质的区别，行列式是一个矩阵与行列式有本质的区别，行列式是一个算式算式，一个数字行列式经过计算可求得其值，而，一个数字行列式经过计算可求得其值，而矩阵仅仅是一个矩阵仅仅是一个数表数表，它的行数和列数可以不同，它的行数和列数可以不同.第二节第二节 矩阵的运算矩阵的运算、定义、定义一、矩阵的加法一、矩阵的加法设有两个设有两个 矩阵矩阵 那末矩阵那末矩阵 与与 的和记作的和记作 ，规定为，规定为说明说明 只有当两个矩阵是只有当两个矩阵是同型矩阵同型矩阵时，才能进时，才能进行加法运算行加法运算.例如例如2 2、矩阵加法的运算规律矩阵加法的运算规律1 1、定义、定义二、数与矩阵相乘二、数与矩阵相乘2 2、数乘矩阵的运算规律、数乘矩阵的运算规律矩阵相加与数乘矩阵合起来矩阵相加与数乘矩阵合起来,统称为矩阵的统称为矩阵的线线性运算性运算.（设（设 为为 矩阵，矩阵，为数）为数）、定义、定义并把此乘积记作并把此乘积记作三、矩阵与矩阵相乘三、矩阵与矩阵相乘设设 是一个是一个 矩阵，矩阵，是一个是一个 矩阵，那末规定矩阵矩阵，那末规定矩阵 与矩阵与矩阵 的乘积的乘积是一个是一个 矩阵矩阵 ，其中，其中例例设设例例2 2故故解解注意注意只有当第一个矩阵的列数等于第二个矩阵只有当第一个矩阵的列数等于第二个矩阵的行数时，两个矩阵才能相乘的行数时，两个矩阵才能相乘.例如例如不存在不存在.、矩阵乘法的运算规律、矩阵乘法的运算规律（其中（其中 为数）为数）;若若A是是 阶矩阵，则阶矩阵，则 为为A的的 次幂，即次幂，即 并且并且 注意注意矩阵不满足交换律，即：矩阵不满足交换律，即：例例 设设则则但也有例外，比如设但也有例外，比如设则有则有例例3 3 计算下列乘积：计算下列乘积：解解解解=(）解解例例4 4由此归纳出由此归纳出用数学归纳法证明用数学归纳法证明当当 时，显然成立时，显然成立.假设假设 时成立，则时成立，则 时，时，所以对于任意的所以对于任意的 都有都有定义定义 把矩阵把矩阵 的行换成同序数的列得到的的行换成同序数的列得到的新矩阵，叫做新矩阵，叫做 的转置矩阵，记作的转置矩阵，记作 .例例、转置矩阵、转置矩阵四、矩阵的其它运算四、矩阵的其它运算转置矩阵的运算性质转置矩阵的运算性质例例5 5 已知已知解法解法1解法解法22、方阵的行列式、方阵的行列式定义定义 由由 阶方阵阶方阵 的元素所构成的行列式，的元素所构成的行列式，叫做方阵叫做方阵 的行列式，记作的行列式，记作 或或运算性质运算性质3、对称阵与伴随矩阵、对称阵与伴随矩阵定义定义设设 为为 阶方阵，如果满足阶方阵，如果满足 ，即，即那末那末 称为称为对称阵对称阵.对称阵的元素以主对角线为对称轴对应相对称阵的元素以主对角线为对称轴对应相 等等.说明说明例例6 6 设列矩阵设列矩阵 满足满足 证明证明例例7 7 证明任一证明任一 阶矩阵阶矩阵 都可表示成对称阵都可表示成对称阵与反对称阵之和与反对称阵之和.证明证明 所以所以C为对称矩阵为对称矩阵.所以所以B为反对称矩阵为反对称矩阵.命题得证命题得证.定义定义 行列式行列式 的各个元素的代数余子式的各个元素的代数余子式 所所构成的如下矩阵构成的如下矩阵性质性质证明证明则则称为矩阵称为矩阵 的的伴随矩阵伴随矩阵.4 4、共轭矩阵、共轭矩阵定义定义当当 为复矩阵时，用为复矩阵时，用 表示表示 的共轭的共轭复数，记，称为复数，记，称为 的共轭矩阵的共轭矩阵.故故同理可得同理可得运算性质运算性质（设（设 为复矩阵，为复矩阵，为复数为复数,且运算都是可行的）且运算都是可行的）:五、小结五、小结矩矩阵阵运运算算加法加法数与矩阵相乘数与矩阵相乘矩阵与矩阵相乘矩阵与矩阵相乘转置矩阵转置矩阵对称阵与伴随矩阵对称阵与伴随矩阵方阵的行列式方阵的行列式共轭矩阵共轭矩阵（2）只有当第一个矩阵的列数等于第二个）只有当第一个矩阵的列数等于第二个矩阵的行数时，两个矩阵才能相乘矩阵的行数时，两个矩阵才能相乘,且矩阵相乘且矩阵相乘不满足交换律不满足交换律.（1）只有当两个矩阵是同型矩阵时，才能）只有当两个矩阵是同型矩阵时，才能进行加法运算进行加法运算.注意注意 （3）矩阵的数乘运算与行列式的数乘运算）矩阵的数乘运算与行列式的数乘运算不同不同.作业作业 P53-54 4（2）（）（3）、）、8、9思考题思考题成立的充要条件是什么成立的充要条件是什么?思考题解答思考题解答答答故故 成立的充要条件为成立的充要条件为
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