关于线性代数矩阵的秩问题

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A\b或者inv(A)*b
一、 特殊矩阵的实现
常见的特殊矩阵有零矩阵、幺矩阵、单位矩阵、三角形矩阵等,这类特殊矩阵在线性代数中具有通用性;还有一类特殊矩阵在专门学科中有用,如有名的希尔伯特(Hilbert)矩阵、范德蒙(Vandermonde) 矩阵等。
1.零矩阵:所有元素值为零的矩阵称为零矩阵。零矩阵可以用zeros函数实现。zeros是MATLAB内部函数,使用格式如下:zeros(m):产生m& m阶零矩阵;zeros(m,n):产生m &n阶零矩阵,&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 当m=n时等同于zeros(m);zeros(size(A)):产生与矩阵A同样大小的零矩阵。
2.幺矩阵:所有元素值为1的矩阵称为幺矩阵。幺矩阵可以用ones函数实现。它的调用格式与zeros函数一样。【例1】 试用ones分别建立3&2阶幺矩阵、和与前例矩阵A同样大小的幺矩阵。用ones(3,2) 建立一个3&2阶幺阵:ones(3,2) % 一个3&2阶幺阵ans =1&&&& 1&&&& 1&&&& 1&&&& 1&&&& 1
3.单位矩阵:主对角线的元素值为1、其余元素值为0的矩阵称为单位矩阵。它可以用MATLAB内部函数eye建立,使用格式与zeros相同。4.数量矩阵:主对角线的元素值为一常数d、其余元素值为0的矩阵称为数量矩阵。显然,当d=1时,即为单位矩阵,故数量矩阵可以用eye(m)*d或eye(m,n)*d建立。
5.对角阵:对角线的元素值为常数、其余元素值为0的矩阵称为对角阵。我们可以通过MATLAB内部函数diag,利用一个向量构成对角阵;或从矩阵中提取某对角线构成一个向量。使用格式为:
diag(V), diag(V,k)设V为具有m个元素的向量,diag(V)将产生一个m&m阶对角阵,其主对角线的元素值即为向量的元素值;diag(V,k)将产生一个n&n(n=m+|k|,k为一整数)阶对角阵,其第k条对角线的元素值即为向量的元素值。注意:当k>0,则该对角线位于主对角线的上方第k条;当k<0,该对角线位于主对角线的下方第|k|条;当k=0,则等同于diag(V)。用diag建立的对角阵必是方阵。
6.上三角阵:使用格式为triu(A)、triu(A,k)设A为m&n阶矩阵,triu(A)将从矩阵A中提取主对角线之上的上三角部分构成一个m & n阶上三角阵;triu(A,k)将从矩阵A中提取主对角线第|k|条对角线之上的上三角部分构成一个m & n阶上三角阵。注意:这里的k与diag(A,k)的用法类似,当k>0,则该对角线位于主对角线的上方第k条;当k<0,该对角线位于主对角线的下方第|k|条;当k=0,则等同于triu (A)
8.下三角阵:使用格式为tril(A)、tril(A,k)tril的功能是从矩阵A中提取下三角部分构成下三角阵。用法与triu相同。
9.空矩阵在MATLAB里,把行数、列数为零的矩阵定义为空矩阵。空矩阵在数学意义上讲是空的,但在MATLAB里确是很有用的。例如A=[0.1 0.2 0.3;0.4 0.5 0.6];B=find(A&1.0) %返回向量A中符合条件的元素的位置B = [ ]这里[ ]是空矩阵的符号,B=find(A&1.0)表示列出矩阵A中值大于1.0的元素的序号。当不能满足括号中的条件时,返回空矩阵。另外,也可以将空矩阵赋给一个变量,如:B=[ ]B = [ ]
&二、矩阵的特征值&&& 与特征向量
对于N&N阶方阵A,所谓A的特征值问题是:求数&和N维非零向量x(通常为复数),使之满足下式:&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& Ax=&x则称&为矩阵A的一个特征值(特征根),而非零向量x为矩阵A的特征值&所对应的特征向量。对一般的N&N阶方阵A,其特征值通常为复数,若A为实对称矩阵,则A的特征值为实数。
MATLAB提供的内部函数eig可以用来计算特征值与特征向量.eig函数的使用格式有五种,其中常见的有&&&&&&&&&&&& E=eig(A),&&&&&&&&&&&& [V,D]=eig(A),
(1) E=eig(A):由eig(A)返回方阵A的N个特征值,构成向量E;(2) [V,D]=eig(A):由eig(A)返回方阵A的N个特征值,构成N&N阶对角阵D,其对角线上的N个元素即为相应的特征值,同时将返回相应的特征向量赋予N&N阶方阵V的对应列;
&三、行列式的值
MATLAB提供的内部函数det用来计算矩阵的行列式的值。设矩阵A为一方阵(必须是方阵),求矩阵A的行列式值的格式为:det(A)。注意:本函数同样能计算通过构造出的稀疏矩阵的行列式的值。
【例6】利用随机函数产生一个三阶方阵A,然后计算方阵之行列式的值。A=rand(3)A =&&& 0.9501&&& 0.4860&&& 0.4565&&& 0.2311&&& 0.8913&&& 0.0185&&& 0.6068&&& 0.7621&&& 0.8214det(A)ans =&&& 0.4289
四、&& 矩阵求逆及其&& 线性代数方程组求解
1.矩阵的基本性质
① 矩阵的秩:矩阵线性无关的行数与列数称为矩阵的秩。在MATLAB中,求矩阵秩的函数是rank(A)。 &&&&& ② 矩阵的迹:等于矩阵的对角线元素之和,也等于矩阵的特征值之和。在MATLAB中,求矩阵的迹的函数是trace(A)。 ③向量的范数:用来度量矩阵或向量在某种意义下的长度。范数有多种方法定义,其定义不同,范数值也就不同。(1) norm(V)或norm(V,2):计算向量V的2&范数。 &&&& (2) norm(V,1):计算向量V的1&范数。 &&&& (3) norm(V,inf):计算向量V的&&范数。④ 矩阵的范数:MATLAB提供了求3种矩阵范数的函数,其函数调用格式与求向量的范数的函数完全相同。⑤& 矩阵的条件数:在MATLAB中,计算矩阵A的3种条件数的函数是: (1) cond(A,1):&& 计算A的1&范数下的条件数。 (2) cond(A)或cond(A,2):&& 计算A的2&范数数下的条件数。 (3) cond(A,inf):&& 计算A的 &&范数下的条件数。
矩阵条件数
  矩阵A的条件数等于A的范数与A的逆的范数的乘积,即cond(A)=‖A‖&‖A-1‖,对应矩阵的3种范数,相应地可以定义3种条件数。 函数 cond(A,1)、cond(A)或cond(A) 是判断矩阵病态与否的一种度量,条件数越大矩阵越病态。
  条件数事实上表示了矩阵计算对于误差的敏感性。对于线性方程组Ax=b,如果A的条件数大,b的微小改变就能引起解x较大的改变,数值稳定性差。如果A的条件数小,b有微小的改变,x的改变也很微小,数值稳定性好。它也可以表示b不变,而A有微小改变时,x的变化情况。
2 . 矩阵求逆若方阵A,B满足等式A*B = B*A = I& (I为单位矩阵)则称A为B的逆矩阵,或称B为A的逆矩阵。这时A,B都称为可逆矩阵(或非奇异矩阵、或满秩矩阵),否则称为不可逆矩阵(或奇异矩阵、或降秩矩阵)。
【例7】试用inv函数求方阵A的逆阵A-1赋值给B,且验证A与A-1是互逆的。A=[1 -1 1;5 -4 3;2 1 1];B=inv(A)B =&& -1.4000&&& 0.4000&&& 0.2000&&& 0.2000&& -0.2000&&& 0.4000&&& 2.6000&& -0.6000&&& 0.2000A*Bans =&&& 1.0000&&& 0.0000&&& 0.0000&&& 0.0000&&& 1.0000&&& 0.0000&&& 0.0000&&& 0.0000&&& 1.0000
五 、多项式运算及其求根
&MATLAB语言把多项式表达成一个行向量。鉴于MATLAB无零下标,故把多项式的一般形式表达为:
&在MATLAB里,多项式由一个行向量表示,该向量中的元素是按多项式降幂排列的。 &&&&&&&&&&&&& P=[a1& a2& && an& an+1]&&&&&&&& 注意,必须包括具有零系数的项 。
1.多项式求根
命令格式:x=roots(A)。这里A为多项式的系数A(1),A(2),&,A(N),A(N+1);解得的根赋值给数组X,即X(1),X(2), &,X(N)。【例9】试用ROOTS函数求多项式x4+8x3-10的根这是一个4次多项式,它的五个系数依次为:1,8,0,0,-10。下面先产生多项式系数的向量A,然后求根:A=[1 8 0 0 -10]A =&&&& 1&&&& 8&&&& 0&&&& 0&& -10x=roots(A)
x =& -8.0194&&&&&&&&& & -0.5075 + 0.9736i& -0.5075 - 0.9736i&& 1.0344
&2.多项式的建立
若已知多项式的全部根,则可以用POLY函数建立起该多项式;也可以用POLY函数求矩阵的特征多项式。POLY函数是一个MATLAB程序,调用它的命令格式是:&&&&&&&&&&&&&&&&& A=poly(x)若x为具有N个元素的向量,则poly(x)建立以x为其根的多项式,且将该多项式的系数赋值给向量A。
例:a=[1 2 3;4 5 6;7 8 0];&&&& p=poly(a)&&&& p1=poly2str(p,'x')&& %显示数学多项式的形式
3.求多项式的值
POLYVAL函数用来求代数多项式的值,调用的命令格式为:&&&&&&&&&&&&&& Y=polyval(A,x)本命令将POLYVAL函数返回的多项式的值赋值给Y。若x为一数值,则Y也为一数值;若x为向量或矩阵,则对向量或矩阵中的每个元素求其多项式的值。
【例10】以例9的4次多项式、分别取x=1.2和下面的矩阵的2&3个元素为自变量计算该多项式的值。A=[1 8 0 0 -10];&&&&&&&&&&&& % 例9的4次多项式系数x=1.2;&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& % 取自变量为一数值y1=polyval(A,x)y1 =& -97.3043x=[-1 1.2 -1.4;2 -1.8 1.6]&&&&& % 给出一个矩阵xx =&& -1.0000&&& 1.2000&& -1.4000
4.多项式的四则运算
(1)多项式加、减对于次数相同的若干个多项式,可直接对多项式系数向量进行加、减的运算。如果多项式的次数不同,则应该把低次的多项式系数不足的高次项用零补足,使同式中的各多项式具有相同的次数。
(2)多项式乘法若A、B是由多项式系数组成的向量,则CONV函数将返回这两个多项式的乘积。调用它的命令格式为:C=conv(A,B)命令的结果C为一个向量,由它构成一个多项式。
【例11】 a(x)=x2+2x+3; b(x)=4x2+5x+6;&&&&&&&&&&&&&&&&&&& c(x) = (x2+2x+3)(4x2+5x+6)
(3)多项式除法当A、B是由多项式系数组成的向量时,DECONV函数用来对两个多项式作除法运算。调用的命令格式为:[Q,r]=deconv(A,B)本命令的结果:多项式A除以多项式B获商多项式赋予Q(也为多项式系数向量);获余项多项式赋予r(其系数向量的长度与被除多项式相同,通常高次项的系数为0)。DECONV是CONV的逆函数,即有A=conv(B,Q)+r。
【例12】试用例9的4次多项式与多项式2x2-x+3相除。A=[1 8 0 0 -10];B=[2 -1 3];[P,r]=deconv(A,B)P =&&& 0.5000&&& 4.2500&&& 1.3750r =&&& 0&&&&&&&& 0&&&&&&&& 0& -11.3750& -14.1250商多项式P为 0.5x2+4.25x+1.375,余项多项式r为 -11.375x-14.125。
&(4)多项式的求导matlab提供了polyder函数多项式的微分。命令格式:polyder(p): 求p的微分polyder(a,b): 求多项式a,b乘积的微分例:a=[1 2 3 4 5]; poly2str(a,'x')ans = x^4 + 2 x^3 + 3 x^2 + 4 x + 5b=polyder(a)b = 4&&&& 6&&&& 6&&&& 4poly2str(b,'x')ans =4 x^3 + 6 x^2 + 6 x + 4
$.getScript("/markgoodyear/scrollup/master/js/jquery.scrollUp.min.js",function(){$(function(){
$.scrollUp({
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设矩阵为[ O
1/3)A1^(-1)=( 1
3)A2=1/4A2^(-1)=4所以逆矩阵为( O
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太给力了,你的回答完美地解决了我的问题,非常感谢!
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记 B=diag(1,1/2,1/3),
O]得 A^(-1)=[O
C^(-1)][B^(-1)
O]A^(-1)=[0
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出门在外也不愁图中第一题怎么做,这是线性代数中矩阵题目,求高手解答,写出详细过程,发照片回答,谢谢_百度知道
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只需要解答第一题
这个主要看你学到哪了,没学行列式就只能用初等变换
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额,居然,好吧。。。。
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解:若A可逆,则B=A^(-1)·0=0,与题意矛盾。故A的行列式为零,即4k-16=0,所以k=4
大学数学?
没上过学,不懂啊。。。。。。
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出门在外也不愁线性代数,矩阵简单问题_百度知道
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线性代数的相关知识
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这个(A-2E)X=B、、、然后。。就,,,,
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出门在外也不愁矩阵的逆问题,线性代数,大师们求帮助_百度知道
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太复杂了~
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