自考《線(xiàn)性代數(shù)》重難點(diǎn)解析與全真練習(xí)

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第一章 行列式
    一、重點(diǎn)
    1、理解:行列式的定義,余子式,代數(shù)余子式。
    2、掌握:行列式的基本性質(zhì)及推論。
    3、運(yùn)用:運(yùn)用行列式的性質(zhì)及計(jì)算方法計(jì)算行列式,用克萊姆法則求解方程組。
    二、難點(diǎn)
    行列式在解線(xiàn)性方程組、矩陣求逆、向量組的線(xiàn)性相關(guān)性、求矩陣的特征值等方面的應(yīng)用。
    三、重要公式
    1、若A為n階方陣,則│kA│= kn│A│
    2、若A、B均為n階方陣,則│AB│=│A│。│B│
    3、若A為n階方陣,則│A*│=│A│n-1
    若A為n階可逆陣,則│A-1│=│A│-1
    4、若A為n階方陣,λi(i=1,2,…,n)是A的特征值,│A│=∏λi
    四、題型及解題思路
    1、有關(guān)行列式概念與性質(zhì)的命題
    2、行列式的計(jì)算(方法)
    1)利用定義
    2)按某行(列)展開(kāi)使行列式降階
    3)利用行列式的性質(zhì)
    ①各行(列)加到同一行(列)上去,適用于各列(行)諸元素之和相等的情況。
    ②各行(列)加或減同一行(列)的倍數(shù),化簡(jiǎn)行列式或化為上(下)三角行列式。
    ③逐次行(列)相加減,化簡(jiǎn)行列式。
    ④把行列式拆成幾個(gè)行列式的和差。
    4)遞推法,適用于規(guī)律性強(qiáng)且零元素較多的行列式
    5)數(shù)學(xué)歸納法,多用于證明
    3、運(yùn)用克萊姆法則求解線(xiàn)性方程組
    若D =│A│≠0,則Ax=b有解,即
    x1=D1/D,x2= D2/D,…,xn= Dn/D
    其中Dj是把D中xj的系數(shù)換成常數(shù)項(xiàng)。
    注意:克萊姆法則僅適用于方程個(gè)數(shù)與未知數(shù)個(gè)數(shù)相等的方程組。
    4、運(yùn)用系數(shù)行列式│A│判別方程組解的問(wèn)題
    1)當(dāng)│A│=0時(shí),齊次方程組Ax=0有非零解;非齊次方程組Ax=b不是解(可能無(wú)解,也可能有無(wú)窮多解)
    2)當(dāng)│A│≠0時(shí),齊次方程組Ax=0僅有零解;非齊次方程組Ax=b有解,此解可由克萊姆法則求出。
    一、重點(diǎn)
    1、理解:矩陣的定義、性質(zhì),幾種特殊的矩陣(零矩陣,上(下)三角矩陣,對(duì)稱(chēng)矩陣,對(duì)角矩陣,逆矩陣,正交矩陣,伴隨矩陣,分塊矩陣)
    2、掌握:
    1)矩陣的各種運(yùn)算及運(yùn)算規(guī)律
    2)矩陣可逆的判定及求逆矩陣的各種方法
    3)矩陣的初等變換方法
    二、難點(diǎn)
    1、矩陣的求逆矩陣的初等變換
    2、初等變換與初等矩陣的關(guān)系
    三、重要公式及難點(diǎn)解析
    1、線(xiàn)性運(yùn)算
    1)交換律一般不成立,即AB≠BA
    2)一些代數(shù)恒等式不能直接套用,如設(shè)A,B,C均為n階矩陣
    (A+B)2=A2+AB+BA+B2≠A2+2AB+B2
    (AB)2=(AB)(AB)≠A2B2
    (AB)k≠AkBk
    (A+B)(A-B)≠A2-B2
    以上各式當(dāng)且僅當(dāng)A與B可交換,即AB=BA時(shí)才成立。
    3)由AB=0不能得出A=0或B=0
    4)由AB=AC不能得出B=C
    5)由A2=A不能得出A=I或A=0
    6)由A2=0不能得出A=0
    7)數(shù)乘矩陣與數(shù)乘行列式的區(qū)別
    2、逆矩陣
    1)(A–1)–1=A
    2)(kA) –1=(1/k)A–1,(k≠0)
    3)(AB)–1=B–1A–1
    4)(A–1)T=(AT)–1
    5)│A–1│=│A│–1
    3、矩陣轉(zhuǎn)置
    1)(AT)T=A
    2)(kA) T=kAT,(k為任意實(shí)數(shù))
    3)(AB)T=BTAT
    4)(A+B)T=AT+BT
    4、伴隨矩陣
    1)A*A=A A*=│A│I (AB)*=B*A*
    2)(A*)*=│A│n-2 │A*│=│A│n-1 ,(n≥2)
    3)(kA)*=kn-1A* (A*)T=(AT)*
    4)若r(A)=n,則r (A*)=n
    若r(A)=n-1,則r (A*)=1
    若r(A)    5)若A可逆,則(A*)-1=(1/│A│)A,(A*)-1=(A-1)*,A*=│A│A-1
    5、初等變換(三種)
    1)對(duì)調(diào)二行(列)
    2)用k(k≠0)乘以某行(列)中所有元素
    3)把某行(列)的元素的k倍加至另一行(列)的對(duì)應(yīng)元素
    注意:用初等變換①求秩,行、列變換可混用
    ②求逆陣,只能用行或列變換
    ③求線(xiàn)性方程組的解,只能用行變換
    6、初等矩陣
    1)由單位陣經(jīng)過(guò)一次初等變換所得的矩陣
    2)初等陣P左(右)乘A,所得PA(AP)就是A作了一次與P同樣的行(列)變換
    3)初等陣均可逆,且其逆為同類(lèi)型的初等陣
    E-1ij=Eij,E(-1)i(k)=Ei(1/k),E(-1)ij(k)=Eij(-k)
    7、矩陣方程
    1)含有未知矩陣的等式
    2)矩陣方程有解的充要條件
    AX=B有解<==>B的每列可由A的列向量線(xiàn)性表示
    <==>r(A)=r(A┆B)
    四、題型及解題思路
    1、有關(guān)矩陣的概念及性質(zhì)的命題
    2、矩陣的運(yùn)算(加法、數(shù)乘、乘法、轉(zhuǎn)置)
    3、矩陣可逆的判定
    n階方陣A可逆<==>存在n階方陣B,有AB=BA=I
    <==>│A│≠0
    <==>r(A)=n
    <==>A的列(行)向量組線(xiàn)性無(wú)關(guān)
    <==>Ax=0只有零解
    <==>任意b,使得Ax=b總有解
    <==>A的特征值全不為零
    4、矩陣求逆
    1)定義法:找出B使AB=I或BA=I
    2)伴隨陣法:A-1=(1/│A│)A*
    注意:用該方法求逆時(shí),行的代數(shù)余子式應(yīng)豎著寫(xiě)在A*中,計(jì)算Aij時(shí)不要遺漏(-1)i+j,當(dāng)n>3時(shí),通常用初等變換法。
    3)初等變換法:對(duì)(A┆I)只用行變換化為(I┆A-1)
    4)分塊矩陣法
    5、解矩陣方程AX=B
    1)若A可逆,則X=A-1B,可先求出A-1,再作乘法A-1B求出X
    2)若A可逆,可用初等變換法直接求出X
    (A┆B)初等行變換(I┆X)
    3)若A不可逆,則可設(shè)未知數(shù)列方程用高斯消元法化為階梯型方程組,然后對(duì)每列常數(shù)項(xiàng)分別求解。
    一、重點(diǎn)
    1、理解:向量、向量運(yùn)算以及向量的線(xiàn)性組合與線(xiàn)性表出,極大線(xiàn)性無(wú)關(guān)組的概念,線(xiàn)性相關(guān)與線(xiàn)性無(wú)關(guān)的概念,向量組的秩的概念,矩陣的秩的概念及性質(zhì),基礎(chǔ)解系的概念。
    2、掌握:向量的運(yùn)算及運(yùn)算規(guī)律,矩陣秩的計(jì)算,齊次、非齊次線(xiàn)性方程組解的結(jié)構(gòu)。
    3、運(yùn)用:線(xiàn)性相關(guān)、線(xiàn)性無(wú)關(guān)的判定,線(xiàn)性方程組解的判斷,齊次、非齊次線(xiàn)性方程組的解法。
    二、難點(diǎn)
    線(xiàn)性相關(guān)、線(xiàn)性無(wú)關(guān)的判定。向量組的秩與矩陣的秩的關(guān)系。方程組與向量組線(xiàn)性表示及秩之間的聯(lián)系。
    三、重點(diǎn)難點(diǎn)解析
    1、 n維向量的概念與運(yùn)算
    1) 概念
    2) 運(yùn)算
    若α=(a1,a2,…,an)T,β=(b1,b2,…,bn)T
    ①加法:α+β=(a1+b1 ,a2+b2 ,…,an+bn)T
    ②數(shù)乘:kα=(ka1,ka2,…,kan)T
    ③內(nèi)積:(α。β)=a1b1+a2b2+,…,+anbn=αTβ=βTα
    2、線(xiàn)性組合與線(xiàn)性表出
    3、線(xiàn)性相關(guān)與線(xiàn)性無(wú)關(guān)
    1)概念
    2)線(xiàn)性相關(guān)與線(xiàn)性無(wú)關(guān)的充要條件
    ①線(xiàn)性相關(guān)
    α1,α2,…,αs線(xiàn)性相關(guān)
    <==>齊次方程組(α1,α2,…,αs)(x1,x2,…,xs)T=0有非零解
    <==>向量組的秩r(α1,α2,…,αs)<s (向量的個(gè)數(shù))
    <==>存在某αi(i=1,2,…,s)可由其余s-1個(gè)向量線(xiàn)性表出
    特別的:n個(gè)n維向量線(xiàn)性相關(guān)<==>│α1α2…αn│=0
    n+1個(gè)n維向量一定線(xiàn)性相關(guān)
    ②線(xiàn)性無(wú)關(guān)
    α1,α2,…,αs線(xiàn)性無(wú)關(guān)
    <==>齊次方程組(α1,α2,…,αs)(x1,x2,…,xs)T=0只有零解
    <==>向量組的秩r(α1,α2,…,αs)=s (向量的個(gè)數(shù))
    <==>每一個(gè)向量αi(i=1,2,…,s)都不能用其余s-1個(gè)向量線(xiàn)性表出
    ③重要結(jié)論
    A、階梯形向量組一定線(xiàn)性無(wú)關(guān)
    B、若α1,α2,…,αs線(xiàn)性無(wú)關(guān),則它的任一個(gè)部分組αi1,αi2,…,αi t必線(xiàn)性無(wú)關(guān),它的任一延伸組必線(xiàn)性無(wú)關(guān)。
    C、兩兩正交,非零的向量組必線(xiàn)性無(wú)關(guān)。
    4、向量組的秩與矩陣的秩
    1)極大線(xiàn)性無(wú)關(guān)組的概念
    2)向量組的秩
    3)矩陣的秩
    ①r(A)=r(AT)
    ②r(A+B)≤r(A)+r(B)
    ③r(kA)=r(A),k≠0
    ④r(AB)≤min(r(A),r(B))
    ⑤如A可逆,則r(AB)=r(B);如B可逆,則r(AB)=r(A)
    ⑥A是m×n陣,B是n×p陣,如AB=0,則r(A)+r(B)≤n
    4)向量組的秩與矩陣的秩的關(guān)系
    ①r(A)=A的行秩(矩陣A的行向量組的秩)=A的列秩(矩陣A的列向量組的秩)
    ②經(jīng)初等變換矩陣、向量組的秩均不變
    ③若向量組(Ⅰ)可由(Ⅱ)線(xiàn)性表出,則r(Ⅰ)≤r(Ⅱ)。特別的,等價(jià)的向量組有相同的秩,但秩相同的向量組不一定等價(jià)。
    5、基礎(chǔ)解系的概念及求法
    1)概念
    2)求法
    對(duì)A作初等行變換化為階梯形矩陣,稱(chēng)每個(gè)非零行中第一個(gè)非零系數(shù)所代表的未知數(shù)是主元(共有r(A)個(gè)主元),那么剩于的其他未知數(shù)就是自由變量(共有n- r(A)個(gè)),對(duì)自由變量按階梯形賦值后,再帶入求解就可得基礎(chǔ)解系。
    6、齊次方程組有非零解的判定
    1)設(shè)A是m×n矩陣,Ax=0有非零解的充要條件是r(A)<n,亦即A的列向量線(xiàn)性相關(guān)。
    2)若A為n階矩陣,Ax=0有非零解的充要條件是│A│=0
    3)Ax=0有非零解的充分條件是m<n,即方程個(gè)數(shù)<未知數(shù)個(gè)數(shù)
    7、非齊次線(xiàn)性方程組有解的判定
    1)設(shè)A是m×n矩陣,Ax=b有解的充要條件是系數(shù)矩陣A的秩等于增廣矩陣(A增)的秩,即r(A)=r(A增)
    2)設(shè)A是m×n矩陣,方程組Ax=b
    ①有解<==> r(A)=r(A增)=n
    ②有無(wú)窮多解<==> r(A)=r(A增)    ③無(wú)解<==> r(A)+1=r(A增)
    8、非齊次線(xiàn)性方程組解的結(jié)構(gòu)
    如n元線(xiàn)性方程組Ax=b有解,設(shè),η2,…,ηt是相應(yīng)齊次方程組Ax=0的基礎(chǔ)解系,ξ是Ax=b的一個(gè)解,則k1η1+k2η2+…+ktηt+ξ是Ax=b的通解。
    1)若ξ1,ξ2是Ax=b的解,則ξ1-ξ2是Ax=0的解
    2)若ξ是Ax=b的解,η是Ax=0的解,則ξ+kη仍是Ax=b的解
    3)若Ax=b有解,則Ax=0只有零解;反之,當(dāng)Ax=0只有零解時(shí),Ax=b沒(méi)有無(wú)窮多解(可能無(wú)解,也可能只有解)
    四、題型及解題思路
    1、有關(guān)n維向量概念與性質(zhì)的命題
    2、向量的加法與數(shù)乘運(yùn)算
    3、線(xiàn)性相關(guān)與線(xiàn)性無(wú)關(guān)的證明
    1)定義法
    設(shè)k1α1+k2α2+…+ksαs=0,然后對(duì)上式做恒等變形(要向已知條件靠攏!)
    ①由B=C可得AB=AC,因此,可按已知條件的信息對(duì)上式乘上某個(gè)A
    ②展開(kāi)整理上式,直接用已知條件轉(zhuǎn)化為齊次線(xiàn)性方程組,最后通過(guò)分析論證k1,k2,…,ks的取值,得出所需結(jié)論。
    2)用秩(等于向量個(gè)數(shù))
    3)齊次方程組只有零解
    4)反證法
    4、求給定向量組的秩和極大線(xiàn)性無(wú)關(guān)組
    多用初等變換法,將向量組化為矩陣,通過(guò)初等變換來(lái)求解。
    5、求矩陣的秩
    常用初等變換法。
    6、求解齊次線(xiàn)性方程組與非齊次線(xiàn)性方程組