伴随矩阵公式的应用与证明

专业目录 2024-11-10 09:51:59

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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