介绍矩阵消元法、回代求解方程组,以及消元矩阵、置换矩阵

符号说明:  A      矩阵 

       U      行阶梯形矩阵

          R      行最简形矩阵

消元(elimination)

示例:

【线性代数】 矩阵消元_矩阵运算

 

 对应矩阵:

【线性代数】 矩阵消元_it_02

 

 首先消除第二行主元[1]:

【线性代数】 矩阵消元_矩阵运算_03

 

 

  第三行主元[1]已被消除,无需消元
  接下来,消除第三行主元[2]
  【线性代数】 矩阵消元_矩阵运算_04

 

引入向量b(增广矩阵)进行消元,步骤与上面一致:

【线性代数】 矩阵消元_it_05

 

   最终消元结果为:

 【线性代数】 矩阵消元_方程组_06

 

 注:主元必须不为零,但如果0占据了主元位置,则需要交换行使主元不为0,前提需要主元所在下行位置不能为0。如果主元为0,且无法与下行交换使之不为0,则矩阵不可逆,即消元失效。

回代(back substitution)

将以上消元的结果代入方程组:

【线性代数】 矩阵消元_it_07

 

 得到

【线性代数】 矩阵消元_方程组_08

消元矩阵

根据:

【线性代数】 矩阵消元_矩阵运算_09

 

 【线性代数】 矩阵消元_方程组_10

 

 得:

【线性代数】 矩阵消元_it_11

 

 【线性代数】 矩阵消元_矩阵运算_12

 

 

矩阵运算: E32(E21A)=U

【线性代数】 矩阵消元_方程组_13

 

 

置换矩阵(permutation matrix)

行交换:

左乘交换了相应行的单位矩阵

【线性代数】 矩阵消元_矩阵运算_14

列交换:

右乘交换了相应列的单位矩阵

【线性代数】 矩阵消元_矩阵运算_15