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(3)n阶矩阵是n维线性空间上的线性“函数” 在普通实数集合上的线性函数y=kx,具有以下线性性质:如果令y1=kx1,y2=kx2,那么,将自变量x的线性组合m1x1+m2x2代入方程之后,可以得到
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y=k(m1x1+m2x)=m1kx1+m2kx2 =m1y1+m2y2.
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矩阵作为向量空间上的函数,也具有这样的线性特征。例如,当n=3时,若e1,e2是两个三维向量,a1,a2是两个实数,A是三阶矩阵,则根据定义易验证
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A(a1e1+a2e2 )=a1 Ae1+a2 Ae2.
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这个特性和一次函数y=kx的上述性质完全相同。事实上,矩阵和向量之间的运算,都是一次运算,不出现平方之类的高次项,因而会具有某种线性特征。
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(4)矩阵的乘法 设
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则定义AB为矩阵C:其中的元素cij等于A的第i行向量与B的第j列向量的数量积(i,j=1,2,3)。
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为简便起见,我们以二阶矩阵为例加以说明。
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设,则
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而
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注意:AB≠BA。
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多项式乘法有一个单位元:恒为1的多项式y≡1。意思是任何多项式乘上恒为1的多项式,仍旧是自身。矩阵乘法也有一个单位元,即在对角线上恒为1、其余为0的矩阵。任何矩阵乘上单位矩阵仍旧是自身。
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这样一来,矩阵有了三类运算:加减、数乘、乘法。那么,矩阵可不可以有除法呢?答案是:一般情况下做不到,除非是可逆矩阵。
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(5)逆矩阵
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一个数学结构中有了单位元,就可以谈倒数。事实上,如果AB=I,A和B就互为倒数。B称为A的“逆”,记作A-1;反之亦然。
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以多项式而论,多项式P的倒数1/P一般不是多项式,除非P是恒为常数的多项式y≡c。
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矩阵的情形有所不同,有些矩阵有逆矩阵,有些则没有。例如,有唯一的逆矩阵就不可能有逆矩阵。
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