伴随矩阵是一个与给定矩阵相关的特殊矩阵,在数学和线性代数中有着重要的应用。其公式如下:
伴随矩阵公式的应用与证明
伴随矩阵公式: 设 A 是一个 n×n 矩阵,则其伴随矩阵 Adj(A) 为:
``` Adj(A) = Cᵀ ```
其中 C 是余因子矩阵,它是由 A 的各元素的代数余子组成的矩阵。
应用: 伴随矩阵在以下应用中扮演着重要的角色:
求解线性方程组:对于齐次线性方程组 Ax = 0,如果 Adj(A) ≠ 0,则方程组有唯一的平凡解。 求解行列式:对于 n×n 方阵 A,其行列式可以表示为:
``` det(A) = det(Adj(A)) ```
求解逆矩阵:如果 A 是非奇异矩阵(即 det(A) ≠ 0),则其逆矩阵为:
``` A⁻¹ = (1 / det(A)) Adj(A) ```
证明: 伴随矩阵公式的证明可以通过展开 Cᵀ 的每一列来实现。设 A 的第 j 列为 (a₁ⱼ, a₂ⱼ, ..., aₙⱼ)ᵀ。则 Cᵀ 的第 j 列为:
``` (Aᵢⱼ)ᵀ = ((-1)^(i+j) Mᵢⱼ)ᵀ ```
其中 Mᵢⱼ 是 A 去掉第 i 行和第 j 列后得到的 (n-1)×(n-1) 子矩阵的行列式。
展开 Cᵀ 的每一列并计算每一列与 A 的第 j 列的乘积,可得到:
``` Cᵀ Aⱼ = det(A) (1, 0, ..., 0)ᵀ ```
其中 Aⱼ 是 A 的第 j 列。
由此可知,Adj(A) A = det(A) I,其中 I 是单位矩阵。取行列式,可得到:
``` det(Adj(A)) det(A) = det(I) = 1 ```
因此,det(Adj(A)) = 1 / det(A)。将此代入公式 det(A) = det(Adj(A)),可得到:
``` det(A) = det(Adj(A)) det(A) = 1 ```
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