二阶与三阶行列式线性代数ppt课件

线性代数 1 数学好玩 陈省身 但得此中味 勿为醒者传 李白 武林高手的最高境界 无招 2 数学的好玩之处 主要在于数学中有些极具实用意义的内容 包含了深刻的奥妙 发人深思 使人惊讶 比如以数学家Euler命名的一个公式 其中i是虚数单位 是圆周率 e是一个无理数 3 主要内容 第一章行列式第二章矩阵第三章向量组的线性相关性第四章线性方程组第五章矩阵对角化第六章二次型 4 参考书目 同济大学线性代数高等教育出版社湘潭大学线性代数科学出版社北京大学高等代数高等教育出版社 第三版 5 线性代数简史 线性代数是高等代数的一大分支 我们知道一次方程叫做线性方程 讨论线性方程及线性运算的代数就叫做线性代数 在线性代数中最重要的内容就是行列式和矩阵 行列式和矩阵在十九世纪受到很大的注意 而且写了成千篇关于这两个课题的文章 向量的概念 从数学的观点来看不过是有序三元数组的一个集合 然而它以力或速度作为直接的物理意义 并且数学上用它能立刻写出物理上所说的事情 6 线性代数学科和矩阵理论是伴随着线性系统方程系数研究而引入和发展的 行列式的概念最早是由十七世纪日本数学家关孝和提出来的 他在1683年写了一部叫做 解伏题之法 的著作 意思是 解行列式问题的方法 书里对行列式的概念和它的展开已经有了清楚的叙述 欧洲第一个提出行列式概念的是德国的数学家 微积分学奠基人之一莱布尼兹 Leibnitz 1693年 7 1750年克莱姆 Cramer 发表了求解线性系统方程的重要基本公式 既人们熟悉的克莱姆法则 1764年 贝佐特 Bezout 把确定行列式每一项的符号的手续系统化了 对给定了含n个未知量的n个齐次线性方程 Bezout证明了系数行列式等于零是这方程组有非零解的条件 8 范德蒙 Vandermonde 是第一个对行列式理论进行系统的阐述 即把行列式理论与线性方程组求解相分离 的人 并且给出了一条法则 用二阶子式和它们的余子式来展开行列式 就对行列式本身进行研究这一点而言 他是这门理论的奠基人 9 拉普拉斯 Laplace 在1772年的论文 对积分和世界体系的探讨 中 证明了Vandermonde的一些规则 并推广了他的展开行列式的方法 用r行中所含的子式和它们的余子式的集合来展开行列式 这个方法现在仍然以他的名字命名 德国数学家雅可比 Jacobi 也于1841年总结并提出了行列式的系统理论 10 另一个研究行列式的是法国最伟大的数学家柯西 Cauchy 他大大发展了行列式的理论 在行列式的记号中他把元素排成方阵并首次采用了双重足标的新记法 与此同时发现两行列式相乘的公式及改进并证明了Laplace的展开定理 11 高斯 Gauss 大约在1800年提出了高斯消元法并用它解决了天体计算和后来的地球表面测量计算中的最小二乘法问题 这种涉及测量 求取地球形状或当地精确位置的应用数学分支称为测地学 虽然高斯由于这个技术成功地消去了线性方程的变量而出名 但早在几世纪中国人的手稿中就出现了解释如何运用 高斯 消去的方法求解带有三个未知量的三方程系统 在当时的几年里 高斯消去法一直被认为是测地学发展的一部分 而不是数学 12 矩阵代数的丰富发展 人们需要有合适的符号和合适的矩阵乘法定义 二者要在大约同一时间和同一地点相遇 1848年英格兰的西尔维斯特 J J Sylvester 首先提出了矩阵这个词 它来源于拉丁语 代表一排数 13 1855年矩阵代数得到了凯莱 ArthurCayley 的工作培育 Cayley研究了线性变换的组成并提出了矩阵乘法的定义 使得复合变换ST的系数矩阵变为矩阵S和矩阵T的乘积 他还进一步研究了那些包括矩阵逆在内的代数问题 14 数学家试图研究向量代数 但在任意维数中并没有两个向量乘积的自然定义 第一个涉及一个不可交换向量积 即v w不等于w v 的向量代数是由格拉斯曼 HermannGrassmann 在1844年他的 线性扩张论 一书中提出的 他的观点还被引入一个列矩阵和一个行矩阵的乘积中 结果就是现在称之为秩数为1的矩阵 或简单矩阵 19世纪末美国数学物理学家吉布斯 WillardGibbs 发表了关于 向量分析基础 的著名论述 15 其后英国物理学家狄拉克 P A M Dirac1902 1984 提出了行向量和列向量的乘积为标量 矩阵的发展是与线性变换密切相连的 现代向量空间的定义是由皮亚诺 Peano 于1888年提出的 到19世纪它还仅占线性变换理论形成中有限的空间 我们习惯的列矩阵和向量都是在20世纪由物理学家给出的 16 二次世界大战后随着现代数字计算机的发展 矩阵又有了新的含义 特别是在矩阵的数值分析等方面 由于计算机的飞速发展和广泛应用 许多实际问题可以通过离散化的数值计算得到定量的解决 于是作为处理离散问题的线性代数 成为从事科学研究和工程设计的科技人员必备的数学基础 17 阿贝尔 Abel 与伽罗瓦 Galois 挪威数学家阿贝尔 1802 8 5 1829 4 6 以证明五次元方程的根式解的不可能性而闻名 法国数学家厄米特 Hermite1822 1901 在谈到阿贝尔的贡献时曾说过 阿贝尔留下的工作 可以使以后的数学家足够忙碌150年 在和阿贝尔同时期的一个法国少年读到了他的著作 于是在不到20岁的时候在代数方程论推陈出新创立了一门新的数学理论 伽罗瓦理论 这个发现者伽罗瓦还建立了群论的基础理论 18 法国数学家伽罗瓦 1811 10 25 1832 5 31 与阿贝尔并称为现代群论的创始人 伽罗瓦理论是当代代数与数论的基本支柱之一 它直接推论的结果十分丰富 3 他解决了古代三大作图问题中的两个 不能任意三等分角 倍立方不可能 2 它漂亮地证明高斯的论断 若尺规作图能作出正p边形 p为质数且此同时 1 它系统化地阐释了为何五次以上之方程式没有公式解 而四次以下有公式解 19 第一章行列式 第一节二阶与三阶行列式 20 用消元法解二元线性方程组 一 二阶行列式的引入 其中 是未知量 其它字母是已知量 21 方程组的解为 由方程组的四个系数确定 22 由四个数排成二行二列 横排称行 竖排称列 的数表 定义 即 23 主对角线 副对角线 对角线法则 二阶行列式的计算 其中元素aij的第一个下标i为行指标 第二个下标j为列指标 即aij位于行列式的第i行第j列 24 若记 对于二元线性方程组 系数行列式 25 26 27 则二元线性方程组的解为 注意分母都为原方程组的系数行列式 28 例1 解 29 二 三阶行列式 定义 记 6 式称为数表 5 所确定的三阶行列式 30 1 沙路法 三阶行列式的计算 31 2 对角线法则 注意红线上三元素的乘积冠以正号 蓝线上三元素的乘积冠以负号 说明1对角线法则只适用于二阶与三阶行列式 32 如果三元线性方程组 的系数行列式 利用三阶行列式求解三元线性方程组 33 若记 或 34 记 即 35 36 得 37 得 38 则三元线性方程组的解为 是将D的第i列换成右端项得到 39 例 解 按对角线法则 有 40 例3 解 方程左端 41 例4 利用对角线法则计算下列三阶行列式 42 1 2 43 44 例5解线性方程组 解 由于方程组的系数行列式 45 同理可得 故方程组的解为 46 二阶和三阶行列式是由解二元和三元线性方程组引入的 三 小结 47 思考题 48 思考题解答 解 设所求的二次多项式为 由题意得 得一个关于未知数的线性方程组 又 得 49