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如何计算逆矩阵

在本页中,您将了解它是什么以及如何通过行列式(或伴随矩阵)方法和高斯方法计算矩阵的逆。您还将看到逆矩阵的所有属性,并且还将找到每种方法的逐步求解示例和练习,以便您完全理解它们。最后,草莓视频在线观看APP解释了一个快速求逆 2×2 矩阵的公式,甚至解释了该矩阵运算的最大用途:求解线性方程组。

什么是矩阵的逆矩阵?

方阵。的逆矩阵

写着

,这个矩阵满足:

金子

是单位矩阵。

什么时候可以对矩阵求逆,什么时候不能?

确定矩阵可逆性的最简单方法是使用其行列式:

如果所讨论的矩阵的行列式不为0,则意味着该矩阵是可逆的。在这种情况下,草莓视频在线观看APP说它是一个正则矩阵。此外,这意味着该矩阵具有最大秩。另一方面,如果矩阵的行列式等于0,则矩阵无法求逆。并且,在这种情况下,草莓视频在线观看APP说它是奇异矩阵或简并矩阵。

主要有两种求逆矩阵的方法:行列式或伴随矩阵方法和高斯方法。下面是第一个的解释,但您也可以参考下面如何使用高斯方法求逆矩阵。

使用行列式方法(或使用邻接矩阵)对矩阵求逆

要计算矩阵的逆,

,必须应用以下公式:

金子:

是矩阵的行列式

是的伴随矩阵

参展商

表示矩阵转置,即附加矩阵应该转置。

点评:有些书使用了稍微不同的逆矩阵公式:他们首先转置矩阵A,然后计算其伴随矩阵,而不是先计算伴随矩阵然后转置它。实际上,顺序并不重要,因为结果完全相同。在这里,草莓视频在线观看APP为您留下了对修改后的矩阵求逆的公式,以防您更喜欢使用这个公式:

然后草莓视频在线观看APP将通过解决一个练习为例来了解如何找到矩阵的逆:

使用行列式方法(或伴随矩阵)计算逆矩阵的示例:计算以下矩阵的逆矩阵:

为了确定矩阵的逆,草莓视频在线观看APP必须应用以下公式:

但如果矩阵的行列式为零,则意味着该矩阵不可逆。因此,首先要做的是计算矩阵的行列式并检查它是否不等于 0:

行列式不为0 ,因此矩阵可逆。

因此,将行列式的值代入公式,则矩阵的逆为:

草莓视频在线观看APP现在必须计算 A 的副矩阵。为此,草莓视频在线观看APP必须用其副矩阵替换矩阵 A 的每个元素。

请记住,要计算附件

,也就是说行元素

和专栏

,必须应用以下公式:

其中补余小数为

是消除行的矩阵的行列式

和专栏

。

因此,矩阵 A 的元素代表为:

注释:不要将行列式 1×1 与绝对值混淆,因为在行列式 1×1 中,数字不会转换为正数。

计算出代表人数后,只需将 A 的元素替换为其代表即可找到A 的代表矩阵:

注释:在某些地方,伴随矩阵是草莓视频在线观看APP这里定义的伴随矩阵的转置。

因此,草莓视频在线观看APP将所附矩阵代入逆矩阵公式,则变为:

参展商

这告诉草莓视频在线观看APP需要转置矩阵。要转置矩阵,必须将其行更改为列,也就是说,矩阵的第一行变为矩阵的第一列,第二行变为第二列:

最后,草莓视频在线观看APP将矩阵的每一项乘以

用行列式(或邻接矩阵)方法解决逆矩阵的练习练习1

使用伴随矩阵方法对以下 2×2 维矩阵求逆:

查看解决方案

逆矩阵公式为:

草莓视频在线观看APP首先计算矩阵的行列式:

行列式不等于0,因此可以对矩阵求逆。

现在让草莓视频在线观看APP计算 A 的伴随矩阵:

一旦计算出矩阵的行列式及其伴随矩阵,草莓视频在线观看APP将它们的值代入以下公式:

草莓视频在线观看APP转置附加矩阵:

因此 A 的逆矩阵为:

练习2

使用行列式方法对以下方阵求逆:

查看解决方案

逆矩阵公式为:

草莓视频在线观看APP首先计算矩阵的行列式:

行列式不等于0,因此可以对矩阵求逆。

现在让草莓视频在线观看APP计算 A 的伴随矩阵:

一旦找到矩阵的行列式及其伴随矩阵,草莓视频在线观看APP将它们的值代入公式:

草莓视频在线观看APP转置附加矩阵:

草莓视频在线观看APP将每个元素乘以

因此 A 的逆矩阵为:

练习3

使用伴随矩阵方法对以下 3×3 维矩阵求逆:

查看解决方案

逆矩阵公式为:

草莓视频在线观看APP首先用 Sarrus 规则求解矩阵的行列式:

行列式不等于0,因此可以对矩阵求逆。

一旦求解了行列式,草莓视频在线观看APP就可以找到 A 的伴随矩阵:

一旦草莓视频在线观看APP计算了矩阵的行列式及其伴随物,草莓视频在线观看APP将它们的值代入以下公式:

草莓视频在线观看APP转置附加矩阵:

则逆矩阵A为:

练习4

使用伴随矩阵方法对以下 3 阶矩阵求逆:

查看解决方案

逆矩阵公式为:

草莓视频在线观看APP需要先计算矩阵的行列式,因为如果行列式为0,则意味着矩阵没有逆矩阵。

A的行列式为0,因此矩阵不能求逆。

练习5

用行列式矩阵法对以下 3 × 3 方阵求逆:

查看解决方案

逆矩阵公式为:

首先草莓视频在线观看APP用 Sarrus 规则求解矩阵的行列式:

行列式不等于0,因此可以对矩阵求逆。

一旦求解了行列式,草莓视频在线观看APP就可以找到 A 的伴随矩阵:

一旦草莓视频在线观看APP计算了矩阵的行列式及其伴随物,草莓视频在线观看APP将它们的值代入以下公式:

草莓视频在线观看APP转置附加矩阵:

最后,草莓视频在线观看APP操作:

使用高斯方法求逆矩阵:

要使用高斯方法计算矩阵的逆,必须对矩阵的行进行运算(草莓视频在线观看APP稍后会看到)。因此,在了解如何使用高斯方法之前,了解可以对矩阵行执行的所有操作非常重要:

高斯方法中允许的线变换更改矩阵的行顺序。

例如,草莓视频在线观看APP可以更改矩阵第 2 行和第 3 行的顺序:

将一行中的所有项乘以或除以0 以外的数字。

例如,草莓视频在线观看APP可以将第 1 行乘以 4,并将第 3 行除以 2:

将一行替换为同一行加上另一行乘以一个数字的总和。

例如,在以下矩阵中,草莓视频在线观看APP将第 3 行乘以 1 添加到第 2 行:

使用高斯方法计算逆矩阵的示例:

让草莓视频在线观看APP通过一个例子来看看如何应用高斯方法来求逆矩阵:

计算以下矩阵的逆矩阵:

草莓视频在线观看APP需要做的第一件事是将A 矩阵和单位矩阵合并为一个矩阵。左边是A矩阵,右边是单位矩阵:

为了计算逆矩阵,草莓视频在线观看APP需要将左矩阵转换为单位矩阵。为此,草莓视频在线观看APP需要对行进行转换,直到到达那里。

草莓视频在线观看APP按列进行操作,也就是说草莓视频在线观看APP对行进行操作,首先变换第一列的数字,然后变换第二列的数字,最后变换第三列的数字。

第一列中的 1 和 0 已经合适,因为单位矩阵在这些位置也有 1 和 0。因此,此时无需对这些行应用转换。

然而,单位矩阵第一列的最后一个元素为 0,而现在为 1。因此草莓视频在线观看APP需要将 1 转换为 0。为此,草莓视频在线观看APP将行 1 乘以 – 添加到行 3.1 中:

因此,如果草莓视频在线观看APP进行求和,草莓视频在线观看APP最终会得到以下矩阵:

这样草莓视频在线观看APP就成功地将1变成了0。

现在让草莓视频在线观看APP继续看左侧矩阵的第二列。第一个元素是 0,这很好,因为单位矩阵在同一位置有一个 0。然而,应该是 1,而不是 2,所以草莓视频在线观看APP将第二行除以 2:

另外,在第二列中,草莓视频在线观看APP还需要将 5 变成 0。因为 5 比第二行中的 1 大五倍,所以草莓视频在线观看APP将第 2 行乘以 -5 添加到第 3 行:

因此,通过执行此操作,草莓视频在线观看APP最终得到第二列最后一个元素为 0 的矩阵:

最后,草莓视频在线观看APP将矩阵的最后一列向左变换,但这一次草莓视频在线观看APP必须从底部开始。因此有必要改造

变成 1。因此,草莓视频在线观看APP将最后一行乘以 2:

草莓视频在线观看APP现在必须转变

最后一列的余数为 0。但是,这次草莓视频在线观看APP不能将该行乘以 2,因为草莓视频在线观看APP还会将 1 转换为 2(当单位矩阵在该位置有 1 时)。因此,草莓视频在线观看APP将第 3 行除以 -2 添加到第 2 行:

因此,通过执行此操作,草莓视频在线观看APP成功地改变了

在 0 中:

最后,草莓视频在线观看APP只需要将第三列第一行中的 1 转换为 0。第三行同一列中也有一个 1,因此草莓视频在线观看APP将第 3 行乘以 -1 添加到第 1 行:

通过执行此操作,草莓视频在线观看APP可以将 1 转换为 0:

一旦草莓视频在线观看APP成功地将左矩阵转换为单位矩阵,草莓视频在线观看APP也就知道了逆矩阵。因为逆矩阵就是草莓视频在线观看APP将左矩阵转为单位矩阵在右边得到的矩阵。因此矩阵的逆为:

用高斯方法解决逆矩阵的练习练习1

通过高斯方法对以下矩阵求逆:

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草莓视频在线观看APP需要做的第一件事是将 A 矩阵和单位矩阵合并为一个矩阵。左边是A矩阵,右边是单位矩阵:

现在,为了计算逆矩阵,草莓视频在线观看APP需要将左侧矩阵转换为单位矩阵。为此,草莓视频在线观看APP需要对行进行转换,直到到达那里。

第一项 1 已经与单位矩阵相同。因此,此时无需对第一行应用转换。

但是,单位矩阵第一列的最后一个元素为 0,而现在为 1。因此,草莓视频在线观看APP需要将 1 转换为 0。为此,草莓视频在线观看APP从第 2 行中减去第 1 行:

草莓视频在线观看APP继续看第二列:下面的 1 很好。但不是上面的 2,因为单位矩阵在该位置有一个 0。因此,为了将 2 转换为 0,草莓视频在线观看APP从第 1 行减去第 2 行乘以 2:

逆矩阵就是草莓视频在线观看APP将左边的矩阵转换为单位矩阵后得到的右边的矩阵。现在草莓视频在线观看APP在左侧得到了单位矩阵。因此逆矩阵为:

练习2

使用高斯过程对以下矩阵求逆:

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首先,草莓视频在线观看APP将 A 矩阵和单位矩阵放入一个矩阵中:

现在草莓视频在线观看APP需要变换行,直到将左矩阵转换为单位矩阵。

左矩阵的第一列已经与单位矩阵的第一列相同。因此没有必要修改其任何数字。

然而,单位矩阵第二列的第二个元素中有一个 1,其中现在有一个 3。因此,草莓视频在线观看APP必须将 3 转换为 1。为此,草莓视频在线观看APP从第 2 行减去第 3 行乘以 2:

单位矩阵第二列的最后一个元素中有一个 0,而现在有一个 1。因此,草莓视频在线观看APP必须将 1 转换为 0。为此,草莓视频在线观看APP从第 3 行中减去第 2 行:

单位矩阵第二列的第一个元素中有一个 0,而现在有一个 1。因此,草莓视频在线观看APP必须将 1 转换为 0。为此,草莓视频在线观看APP从第 1 行中减去第 2 行:

草莓视频在线观看APP现在要做的就是将 -4 转换为 0。为此,草莓视频在线观看APP将第 3 行乘以 4 添加到第 1 行:

草莓视频在线观看APP已经从左侧获得了单位矩阵。因此逆矩阵为:

练习3

使用高斯方法对以下矩阵求逆:

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在开始操作之前,草莓视频在线观看APP需要将A矩阵和单位矩阵合并成一个矩阵:

草莓视频在线观看APP现在必须通过对行进行操作将左矩阵转换为单位矩阵。

第一列的前两个元素已经与单位矩阵的前两个元素相同。因此没有必要修改这些数字。

但是单位矩阵第一列的第三个元素中有一个 0,其中现在有一个 2。因此,草莓视频在线观看APP必须将 2 转换为 0。为此,草莓视频在线观看APP从第 3 行减去第 1 行乘以 2:

单位矩阵第二列的第一个元素中有一个 0,现在有一个 2。因此,草莓视频在线观看APP必须将 2 转换为 0。为此,草莓视频在线观看APP从第 1 行减去第 2 行乘以 2:

单位矩阵第二列的最后一个元素为 0,现在为 -4。因此,草莓视频在线观看APP必须将 -4 转换为 0。为此,草莓视频在线观看APP将第 2 行乘以 4 添加到第 3 行:

草莓视频在线观看APP现在要做的就是将第三列的第一个元素转换为 0。为此,草莓视频在线观看APP将第 3 行乘以 -1 添加到第 1 行:

草莓视频在线观看APP已经意识到左边的矩阵是单位矩阵。所以矩阵的逆

东方:

练习4

使用高斯方法对以下矩阵求逆:

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草莓视频在线观看APP需要做的第一件事是将 A 矩阵和单位矩阵连接成一个矩阵:

草莓视频在线观看APP现在必须通过应用行运算将左侧的矩阵转换为单位矩阵。

第一列的第一个元素已经与单位矩阵的第一个元素相同。因此没有必要改变它。

然而,单位矩阵第一列的第二个元素中有一个 0,而现在有一个 1。因此,草莓视频在线观看APP必须将 1 转换为 0。为此,草莓视频在线观看APP从第 2 行中减去第 1 行:

草莓视频在线观看APP继续看第二列:草莓视频在线观看APP首先将第二行除以 4,将 4 转换为 1:

单位矩阵第二列的第一个元素为 0,现在为 -2。因此,草莓视频在线观看APP必须将 -2 转换为 0。为此,草莓视频在线观看APP将第 2 行乘以 2 添加到第 1 行:

单位矩阵第二列的最后一个元素中有一个 0,现在有一个 3。因此,草莓视频在线观看APP必须将 3 转换为 0。为此,草莓视频在线观看APP从第 3 行减去第 2 行乘以 3:

草莓视频在线观看APP继续第三列:草莓视频在线观看APP必须改造最后一个

变成 1。为此,草莓视频在线观看APP将第三行乘以 2:

单位矩阵最后一列的第二个元素为 0。因此有必要将其转换为

变成 0。为此,草莓视频在线观看APP从第 2 行减去第 3 行除以 2:

草莓视频在线观看APP现在要做的就是将第三列的第一个元素转换为 0。为此,草莓视频在线观看APP从第 1 行中减去第 3 行:

因此逆矩阵为:

最后,逆矩阵的分数可以简化:

逆矩阵性质

逆矩阵具有以下特点:

矩阵的逆矩阵是唯一的。逆矩阵的逆就是原矩阵:

两个矩阵相乘的逆矩阵等于矩阵逆矩阵的乘积,但改变了它们的顺序。

对矩阵进行转置,然后对矩阵求逆,就像先对矩阵求逆,然后对它进行转置。

为了求解矩阵的逆矩阵的行列式,草莓视频在线观看APP可以计算矩阵的行列式,然后对其求逆,因为这两个运算给出相同的结果。

快速计算 2×2 矩阵逆的公式

正如草莓视频在线观看APP所见,任何矩阵都可以通过行列式方法或高斯方法求逆。但是,另外还有一个公式可以快速找到 2×2 矩阵的逆矩阵:

如您所见,求逆 2×2 矩阵很简单:只需求解矩阵的行列式

,交替主对角线元素的位置,并更改次对角线元素的符号。

如何使用以下公式获得 2 × 2 逆矩阵的示例

计算以下 2 × 2 方阵的逆矩阵:

矩阵 A 的行列式为:

现在草莓视频在线观看APP应用逆矩阵公式:

草莓视频在线观看APP将矩阵乘以分数:

因此,逆矩阵 A 为:

正如您所看到的,使用此公式对矩阵求逆要快得多,但它只能用于维度为 2×2 的矩阵。

用以下公式解决 2×2 逆矩阵的练习练习1

对以下 2×2 维矩阵求逆:

查看解决方案

矩阵 A 的行列式为:

现在草莓视频在线观看APP应用公式来求逆矩阵:

因此,矩阵 A 的逆矩阵为:

练习2

计算以下 2 阶矩阵的逆矩阵:

查看解决方案

矩阵 A 的行列式为:

现在草莓视频在线观看APP应用公式来求解 2×2 维的逆矩阵:

最后,草莓视频在线观看APP进行乘法:

练习3

反转以下 2×2 矩阵:

查看解决方案

矩阵 A 的行列式为:

现在草莓视频在线观看APP应用公式来计算维度为 2×2 的逆矩阵:

最后,草莓视频在线观看APP计算分数和矩阵之间的乘积:

练习4

求以下二阶矩阵的逆矩阵:

查看解决方案

矩阵 A 的行列式为:

现在草莓视频在线观看APP应用公式来创建维度为 2×2 的逆矩阵:

最后,草莓视频在线观看APP进行乘法:

用逆矩阵求解方程组

理解矩阵逆的实际应用是很困难的。事实上,您可能想知道……逆矩阵有什么用?它真的有什么用途吗?

嗯,逆矩阵的用途之一是求解线性方程组。是的,尽管它们看起来像是两个截然不同的概念,但可以通过矩阵求逆来找到方程组的解。

让草莓视频在线观看APP通过一个例子来看看这是如何完成的:

使用逆矩阵计算以下方程组的解:

首先,必须观察到方程组可以用矩阵的形式表示:

草莓视频在线观看APP可以验证系统的这种矩阵形式与方程的表达式等效:如果草莓视频在线观看APP将矩阵相乘,草莓视频在线观看APP将看到草莓视频在线观看APP得到系统的两个方程。

现在,为了简化后续步骤,草莓视频在线观看APP将调用

具有未知数系数的矩阵,

到具有未知数的矩阵列,以及

到具有独立项的列矩阵:

所以矩阵

是矩阵方程的未知数。

要求解此矩阵方程,您必须遵循草莓视频在线观看APP在此不详细解释的过程。如果你想完全理解它,你可以查看如何用矩阵求解方程,草莓视频在线观看APP一步步解释整个过程。

此过程基于逆矩阵的属性:任何矩阵乘以其逆矩阵都等于单位(或单位)矩阵。因此,未知矩阵可以很容易地求解

将方程两边同时乘以矩阵 A 的逆矩阵:

一旦草莓视频在线观看APP分离出矩阵

,草莓视频在线观看APP计算的倒数

草莓视频在线观看APP求解矩阵的乘积:

因此,方程组的解为:

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