2.1 线性方程组和矩阵
从 1.7 的线性方程组继续出发。我们将其一般化,研究未知数数量和方程数量不一致的情况。设有 个未知数 个方程的线性方程组:
对于线性方程组,我们关注三个问题:
- 是否有解?
- 如果有解,解是否唯一?
- 如果有解,如何求出其所有的解?
行列式的行数和列数必须相等,不够一般。我们由此引入矩阵的概念。
矩阵的定义
定义由 个数 排成的 行 列的数表称为 行 列矩阵,简称 矩阵。记作:
这 个元素称为矩阵 的元素,简称元。数 位于矩阵的第 行第 列,称为矩阵 的 元。以数 为 元的矩阵可记为 或 。
矩阵 也记作 。
两个矩阵行数相等、列数也相等,称二者为同型矩阵。如两个同型矩阵的对应元素均相等,则称这两个矩阵相等。记作 。
几个特殊矩阵
元素都是零的矩阵称为零矩阵,记作 。注意不同型的零矩阵是不同的。
行数和列数都为 的矩阵称为 阶矩阵或者 阶方阵,也记作 。
如果一个方阵中的所有元素关于主对角线对称,即 ,该矩阵称为对称矩阵:
如果一个方阵中主对角线上一侧的元素都为零,该矩阵称为三角矩阵:
如果一个方阵中只有主对角线上的元素非零,称为对角矩阵,用 表示:
对角矩阵也记作 。
当 时,我们称之为纯量矩阵:
当 时,我们称之为单位矩阵,用 表示:
只有一行的矩阵 称为行矩阵,也称行向量,也记作 。
只有一列的矩阵称为列矩阵,也称列向量: