Linear Algebra 学习总结

发布时间 2023-04-17 15:59:06作者: Sherlocked_hzoi

\\数乘*可省,矩乘*不可省

矩阵

\(A_{m*n}=\lgroup a_{ij} \rgroup_{m*n}\)

属性

  • \(r(A_{m*n})=\max\limits_{i=0}^n\{m|det(B_m=\lgroup a_{ij} \rgroup_m) \neq 0\}\)
    • \(r(A_{m*n}) \leq \min\{m,n\}\)
    • \(r(A^T)=r(A)\)
    • \(r(kA)=r(A)\)
    • \(r(A)\)\(A\) 中非零子式最大阶数
      • \(A\) 中不存在 \(x\) 阶非零子式 \(\Rightarrow r(A)<x\)
      • \(A\) 中存在 \(x\) 阶非零子式 \(\Rightarrow r(A) \geq x\)
    • \[ r(A^*)=\begin{cases} \]

      1,r(A)=n-1(AA^*=|A|E=0)\\
      0,r(A)<n-1(秩的定义)(最大的非零子式阶数)\\
      \end{cases}
      

      \[\]

    • 矩阵初等行变换前后列向量组中的向量之间线性组合关系不变
  • 列向量组\(\{\vec\beta_i\}_n (A_{m*n}=\lgroup \vec\beta_j \rgroup_n,\vec\beta_j=(a_{ij})_m^T)\)
  • 行秩:矩阵行向量组的秩(=矩阵的秩)
  • 列秩:矩阵列向量组的秩(=矩阵的秩)
  • 特征值\(|A-\lambda E|=0\) 的解(重数:方程 \(n\) 个可重解中 \(\lambda\) 的出现次数)
    • \(\{\lambda_i\}_n\)\(A\) 的特征多项式的解集:(来自 \(|A-\lambda E|=\prod\limits_{i=1}^n(\lambda-\lambda_i)\) )
      1. \(\prod\limits_{i=1}^n\lambda_i=|A|\) ( 取 \(\lambda=0\) )
      2. \(\sum\limits_{i=1}^n\lambda_i=\sum\limits_{i=1}^na_{ii}\) (\(\lambda^{n-1}\) 的系数对应相等)
    • \(|A|=0 \Leftrightarrow 0\)\(A\) 的特征值(来自上述结论)
    • \(A\)\(A^T\) 的特征值相同(\(A\)\(A^T\) 的特征多项式相同)
    • \(f(x)=\sum\limits_{i=0}^m a_ix^i\):\(\lambda\)\(A\) 的特征值 \(\Rightarrow f(\lambda)\)\(f(A)\) 的特征值
      (证明 \(A^k\vec\alpha=\lambda^k\vec\alpha \Rightarrow\) 证明 \(f(A)\vec\alpha=f(\lambda)\vec\alpha \Rightarrow f(\lambda)\)\(f(A)\) 特征值)
    • \(A\) 可逆:\(\lambda\)\(A\) 的特征值 \(\Rightarrow \lambda^{-1}\)\(A^{-1}\) 的特征值\((A^{-1}A\vec\alpha\lambda^{-1}=A^{-1}\lambda\vec\alpha\lambda^{-1}\))
    • \(f(A)=O \Rightarrow \forall\ \lambda_i\)\(A\) 的特征值,\(f(\lambda_i)=0\)
    • \(|f(A)|=\prod\limits_{i=1}^n f(\lambda_i)\)
    • 常见矩阵特征值:
      • \(A=O \Rightarrow \lambda_i=0\)
      • \(A=E \Rightarrow \lambda_i=1\)
      • \(A=\{1\}_n \Rightarrow \lambda_i=0(i<n),\lambda_n=n\ (A^2=nA)\)
  • 特征向量\((A-\lambda E)\vec\alpha=\vec 0\) 的解
    • 不同特征值对应的特征向量线性无关 \((A\vec\alpha_1=\lambda_1\vec\alpha_1,A\vec\alpha_2=\lambda_1\vec\alpha_2,\lambda_1 \neq \lambda_2 \Rightarrow \vec\alpha_1 \nparallel \alpha_2)\)
      • 不同特征值对应的线性无关的特征向量组成的向量组线性无关
    • \(A\vec\alpha=\lambda\vec\alpha\) 解空间维数 \(\leq \lambda\) 对于 \(A\) 的重数
  • 特征方程\(|A-\lambda E|=0\)
  • 特征多项式\(|A-\lambda E|\)
  • \(tr A=\sum\limits\limits_{i=1}^n a_{ii}=\sum\limits_{i=1}^n \lambda_i\)

运算

  • 加法\(A_{m*n}+B_{m*n}= \lgroup a_{ij}+b_{ij} \rgroup _{m*n}\)
    • 交换律:\(A+B=B+A\)
    • 结合律:\(A+(B+C)=(A+B)+C\)
    • 单位元:\(O\) (\(A+O=O+A=A\))
    • 消去律:\(A+C=B+C \Leftrightarrow A=B\)
  • 数乘\(kA_{m*n}=\lgroup ka_{ij} \rgroup _{m*n}\)
    • 结合律:\((kl)A=k(lA)=l(kA)\)]
    • 分配律:\((k+l)A=kA+lA\ ,k(A+B)=kA+kB\)
  • 矩乘\(A_{m*p}*B_{p*n}=\lgroup \sum\limits_{k=1}^{p} a_{ik}*b_{kj}\rgroup _{m*n}\)
    • 结合律:\(A*(B*C)=(A*B)*C\)
    • 分配律:\(A*(B+C)=A*C+B*C\)
    • 交叉结合律:\(k(A*B)=(kA)*B=A*(kB)\)
    • 单位元:\(E\) (\(A_{m*n}*E_n=E_m*A_{m*n}=A_{m*n}\))
  • 伴随\({A_n}^*=\lgroup A_{ij} \rgroup _n\ ,\) 其中 \(A_{ij}\) 表示 \(a_{ij}\) 的代数余子式
    • \(AA^*=|A|E\)
    • \(|A^*|=|A|\)
    • \((kA)^*=k^{n-1}A^*\)
    • \((A^*)^*=|A|^{n-2}A\)
  • 求逆\(A^{-1}= \frac {A^*}{|A|}\ ,|A| \neq 0(A^{-1}A=E)\)
    • \(AA^{-1}=E(if\ AC=E, C=EC=A^{-1}AC=A^{-1})\)
    • \((A^{-1})^{-1}=A\)
    • \((kA)^{-1}=\frac1k A^{-1}\)
    • \(A\) 可逆 \(\Rightarrow\) \(|A^{-1}|=|A|^{-1}\)
    • \((A^T)^{-1}=(A^{-1})^T\)
    • \((AB)^{-1}=B^{-1}A^{-1}\)\(A,B\) 均可逆 )
    • \(AP=BP \Leftrightarrow A=B\)\(PA=PB \Leftrightarrow A=B\)\(P\)可逆 )
    • \((A^{-1})^*=\frac A{|A|}\)
    • \((A^*)^{-1}=|A|^{n-1}A=|A|^n(A^{-1})^*\)
  • 方幂:$$A^n=\begin{cases}
    \prod\limits {i=1}^n A & n \in Z+\
    E & n=0\
    \prod\limits_{i=1}^{-n} A^{-1} & n \in Z_-\
    \end{cases}$$
    • 结合律:\(A^k*A^l=A^{k+l}\)
    • 嵌套律:\((A^k)^l=A^{kl}\)
  • 转置\({A_{m*n}}^T=\lgroup a_{ji} \rgroup _{m*n}\)
    • 反身性:\((A^T)^T=A\)
    • 分配律(加法):\((A+B)^T=A^T+B^T\)
    • 分配律(矩乘):\((A*B)^T=B^T*A^T\)
    • 交叉结合律(数乘):\(k(A^T)=kA^T\)
  • 行列式\(|A_{m*n}|=det(A_{m*n})=|a_{ij}|_{m*n}=\sum\limits_{p_1p_2...p_n}(-1)^{\tau(p_1p_2...p_n)}a_{1p_1}a_{2p_2}...a_{np_n}\)(Crammer法则)
    • 等价律(转置):\(|A^T|=|A|\)
    • 结合律(数乘):\(|kA|=k^n|A|\)
    • 分配律(矩乘):\(|A*B|=|A|*|B|\)
  • 初等变换
    • 初等变换前后秩不变
    • 对应初等矩阵:
      • 初等行变换:(左乘)
        • 对换变换 \((r_a \leftrightarrow r_b)\)\(P_{ab}\)
        • 数乘变换 \((kr_a)\)\(D_a(k)\)
        • 倍加变换 \((r_a+kr_b)\)\(T_{ba}(k)\)
      • 初等列变换:(右乘)
        • 对换变换 \((c_a \leftrightarrow c_b)\)\(P_{ab}\)
        • 数乘变换 \((kc_a)\)\(D_{a}(k)\)
        • 倍加变换 \((c_a+kc_b)\)\(T_{ab}(k)\)

关系

  • 可交换\(AB=BA\)
    • \(E\) 和任意矩阵可交换
    • \(A\)\(A^{-1}\) 可交换
    • \(A\) 对称:\(A\)\(A^T\) 可交换
  • 等价\(A_{m*n} \cong B_{m*n} \Leftrightarrow r(A_{m*n})=r(B_{m*n})\)
    • 反身性:\(A \cong A\)
    • 对称性:\(A \cong B \Leftrightarrow B \cong A\)
    • 传递性:\(A \cong B,B \cong C \Rightarrow A \cong C\)
  • 相似\(A_n \sim B_n \Leftrightarrow \exists\ P,A_n=P^{-1}B_nP\)(特殊的等价)
    • 等价关系基本性质(反身性、对称性、传递性)
    • \(A \sim B \Rightarrow A\)\(B\) 特征值和特征多项式相同
    • \(A \sim B \Rightarrow |A|=|B|\)
    • \(f(x)=\sum\limits_{i=0}^m a_i x^i:A \sim B \Rightarrow f(A) \sim f(B)\)(来自 \(B^k=(P^{-1}AP)^k=P^{-1}A^kP \Rightarrow A^k \sim B^k\)
    • \(A,B\) 可逆:\(A \sim B \Rightarrow A^{-1} \sim B^{-1}(A^{-1}APB^{-1}=A^{-1}PBB^{-1})\)
    • \(A,P\) 可交换 \(\Leftrightarrow B,P\) 可交换 \(\Leftrightarrow A=B\)
  • 合同\(\exists\ P,B=P^TAP \Leftrightarrow A \simeq B \Leftrightarrow r(A)=r(B),p(A)=p(B)\)
    • 等价关系基本性质
    • \(A \simeq B \Rightarrow A \cong B\)
  • 正交相似\(A \sim B\ \land P\) 为正交阵
    • \(A \simeq B\)
    • 相似关系基本性质
    • 合同关系基本性质

特殊矩阵

  • 对角阵\(A_n=diag(a_i)_n=\lgroup a_{ij} \rgroup_n(a_{ij}=[i=j]k_{ij},k_{ij} \in R)\)
  • 分块矩阵
    • 加法:\(A_{m*n}+B_{m*n}=\lgroup A_{ij}+B_{ij} \rgroup_{m*n}\)
    • 数乘:\(kA_{m*n}=\lgroup kA_{ij} \rgroup_{m*n}\)
    • 转置:\((A_{m*n})^T=\lgroup A_{ji}^T \rgroup_{n*m}\)
    • 矩乘:\(A_{m*p}*B_{p*n}=\big\lgroup \sum\limits\limits_{k=1}^pA_{ip}*B_{pj} \big\rgroup_{m*n}\)
    • 求逆(对角分块矩阵):\((A_n)^{-1}=diag((A_i)^{-1})_n\)
  • 正交阵:满足 \(A^TA=E\) 的实方阵(正交变换:线性变换 \(\vec y=A\vec x\) ,其中 \(A\) 为正交阵)
    • \(A^T=A^{-1}\) \(\Leftrightarrow A\) 是正交阵
    • \(AA^T=E\) \((A^T=A^{-1} \Rightarrow AA^{-1}=AA^T=E)\)
    • \(A^T\) 为正交阵 \(\Leftrightarrow A\) 是正交阵 \((AA^T=E)\)
    • \(A\) 的行列向量组均为 \(R^n\) 的一组标准正交基
    • \(|\det(A)|=1\ (\det(A^T)=\det(A))\)
    • \(A,B\) 为正交阵 \(\Rightarrow AB\) 为正交阵 \(((AB)^T(AB)=B^TA^TAB=B^TB=E)\)
  • 对称阵:满足 \(A^T=A\) 的方阵
    • \(A\) 的特征值均为实数
    • \(A\) 不同特征值对应特征向量正交
    • \(A\) 可对角化,且 \(P\) 为正交阵

计算方法/常用结论

  • \(\lgroup A\ \vdots\ E \rgroup \cong \lgroup E\ \vdots\ A^{-1} \rgroup\)(应用于矩阵求逆)
  • \((A^{-1})^{-1}=A,(A^*)^*=|A|^{n-2}A,(A^{-1})^*=|A|^{-1}A,(A^*)^{-1}=|A|^{n-1}A\)
  • 实对称阵对角化方法:求 \(\lambda_i\) 对应解空间的基并将其正交化,所有正交化的向量拼在一起即为 \(P\)

向量

\(\vec\alpha=(a_i)_n\)

属性

  • 长度\(\parallel \vec\alpha \parallel=\sqrt{(\vec\alpha,\vec\alpha)}\)
    • 非负性:\(\parallel \vec\alpha \parallel \geq 0\)
      • \(\parallel \vec\alpha \parallel =0 \Leftrightarrow \vec\alpha=\vec0\)
    • 齐次性:\(\parallel k\vec\alpha \parallel=|k|\parallel \vec\alpha \parallel\)
    • 三角不等式:\(\parallel \vec\alpha+\vec\beta \parallel \leq \parallel \vec\alpha \parallel+\parallel \vec\beta \parallel\)

运算

  • 加法\(\vec\alpha + \vec\beta=(a_i+b_i)_n\)
    • 交换律:\(\vec\alpha + \vec\beta=\vec\beta + \vec\alpha\)
    • 结合律:\((\vec\alpha + \vec\beta) + \vec\gamma = \vec\alpha + (\vec\beta + \vec\gamma)\)
    • 单位元:\(\vec 0(\vec\alpha+\vec 0=\vec 0+\vec\alpha=\vec\alpha)\)
  • 减法\(\vec\alpha + \vec\beta=\vec\alpha +(-\vec\beta)\)
  • 数乘\(k\vec\alpha=(ka_i)_n\)
    • 结合律:\(k(l\vec\alpha)=(kl)\vec\alpha\)
    • 分配律:\(k(\vec\alpha +\vec\beta)=k\vec\alpha+k\vec\beta\)
  • 内积\((\vec\alpha,\vec\beta)=\vec\alpha^T\vec\beta=\sum\limits\limits_{i=1}^na_ib_i\)
    • 对称性:\((\vec\alpha,\vec\beta)=(\vec\beta,\vec\alpha)\)
    • 线性性:
      • \((\vec\alpha+\vec\beta,\vec\gamma)=(\vec\alpha,\vec\gamma)+(\vec\beta,\vec\gamma)\)
      • \((k\vec\alpha,\vec\beta)=k(\vec\alpha,\vec\beta)\)
    • 正定性:\((\vec\alpha,\vec\alpha) \geq 0\)
      • \((\vec\alpha,\vec\alpha)=0 \Leftrightarrow \vec\alpha=\vec 0\)
    • 柯西·施瓦茨不等式:\((\vec\alpha,\vec\beta)^2 \leq (\vec\alpha,\vec\alpha)(\vec\beta,\vec\beta)\)
  • 夹角\(\langle\vec\alpha,\vec\beta\rangle={(\vec\alpha,\vec\beta) \over \parallel \vec\alpha \parallel \parallel \vec\beta \parallel}(\parallel \vec\alpha \parallel \parallel \vec\beta \parallel \neq 0)\)
  • 生成空间\(V=\{\lambda\vec\alpha+\mu\vec\beta|\lambda,\mu \in R\}\)
  • 共轭向量\(\bar{\vec x}=(\bar{x_i})_n\)

关系

  • 正交\(\vec\alpha \bot \vec\beta \Leftarrow \theta=\frac{\pi}2\)

特殊向量

  • 单位向量\(\vec{\varepsilon_i}=(a_j)_n\) ,其中 \(a_j=[j=i]\)
    • 单位化:\(\vec\varepsilon={\vec\alpha \over \parallel \vec\alpha \parallel}\)

向量组

\(R=\{\vec\alpha_i\}_m\)\(R:\vec\alpha_1,\vec\alpha_2,...,\vec\alpha_m\)

属性

  • 线性相关\(\exists\ \vec k=\lgroup k_i \rgroup_m^T,\lgroup \vec\alpha_i \rgroup_m \vec k=\vec 0\)
    • \(\{\vec\beta_i\}_{i=1}^r \subseteq \{\vec\alpha_i\}_{i=1}^m\ ,\{\vec\beta_i\}_{i=1}^r\) 线性相关 \(\Rightarrow \{\vec\alpha_i\}_m\) 线性相关
    • \(\vec 0 \in \{\vec\alpha_i\}_m \Rightarrow \{\vec\alpha_i\}_m\) 线性相关
    • \(R=\{\vec\alpha_i\}_m\ ,S=\{\vec\beta_i\}_m:\vec\alpha_i=(a_{ji})_n\ ,\vec\beta_i=(a_{p_ji})_n\ ,p_1p_2 \dots p_n\)\(1 \sim n\) 的一个排列 \(\Rightarrow R\ ,S\) 线性相关性相同
    • \(R=\{\vec\alpha_i\}_m\ ,S=\{\vec\beta_i\}_m:\vec\alpha_i=(a_{ji})_r\ ,\vec\beta_i=(a_{ji})_{r+1},S\) 线性相关 \(\Rightarrow R\) 线性相关
      • \(R=\{\vec\alpha_i\}_m\ ,S=\{\vec\beta_i\}_m:\vec\alpha_i=(a_{ji})_r\ ,\vec\beta_i=(a_{ji})_{r+1},R\) 线性无关 \(\Rightarrow S\) 线性无关
    • \(\{\vec\alpha_i\}_n\) 线性相关 \(\Leftrightarrow r(A=\lgroup \vec\alpha_i \rgroup_n)<n\)
      \(\{\vec\alpha_i\}_n\) 线性无关 \(\Leftrightarrow r(A=\lgroup \vec\alpha_i \rgroup_n)=n\)
      • \(n\)\(n\) 维向量线性无关 \(\Leftrightarrow\) 它们组成的矩阵行列式不为 \(0\)
      • \(m>n:m\)\(n\) 维向量线性相关
  • 极大无关组\(R \subseteq \{\vec\alpha_i\}_m,R\) 线性无关,\(\forall\ \vec\beta \in \{\vec\alpha_i\}_m-R,R \cup \{\vec\beta\}\) 线性相关
    • \(R \cong (R\) 的极大无关组 \()\)
    • \(R\) 的极大无关组互相等价
  • \(r(R)=(R\) 的极大无关组的元素个数 \()\)
    • \(R\) 可由 \(S\) 线性表出 \(\Rightarrow r(R) \leq r(S)\)
      • \(R \cong S \Leftrightarrow r(R)=r(S)\)
      • \(R \cong S,R\) 线性无关,\(S\) 线性无关 \(\Rightarrow R\)\(S\) 元素个数相等

运算

关系

  • 线性组合\(\vec\beta=\sum\limits_{i=1}^m k_i \vec{\alpha_i} \Rightarrow \vec\beta\)\(\{\vec\alpha_i\}_m\) 的线性组合
  • 线性表出\(\{\vec\alpha_i\}_r\) 可由 \(\{\vec\beta_i\}_s\) 线性表出 \(\Leftrightarrow \exists\ K=\lgroup k_{ij} \rgroup_{s*r},\lgroup \vec\alpha_i \rgroup_r=\lgroup \vec\beta_i \rgroup_s K\)
  • 等价\(R \cong S \Leftrightarrow R\) 可由 \(S\) 线性表出,且 \(S\) 可由 \(R\) 线性表出
    • 等价关系基本性质(反身性,对称性,传递性)

特殊向量组

  • 向量空间\(V\) 满足 \(\forall\ \vec\alpha,\vec\beta \in V,\ k,l \in R,k\vec\alpha+l\vec\beta \in V\)
    • 零空间:\(O=\{\vec 0\}\)
    • 子空间:\(R\) 满足 \(R \subseteq V\)
    • 基:\(V\) 的极大无关组(基向量:基中的向量)
    • 维度:\(\dim V=r(V)(\dim O=0)\)
    • \(n\) 维向量空间:\(R^n\)
    • 坐标:向量由基线性表出时的系数构成的有序数组
  • 正交向量组:向量组内各向量两两正交的向量组 \(\small(\) 标准正交向量组/规范正交向量组:各元素均为单位向量的正交向量组,记为 \(\{\vec e_i\}_n \small)\)
    • 正交向量组线性无关

计算方法/常用结论

  • 施密特正交化方法\(\{\vec\alpha_i\}_n\) 线性无关,\(\vec\beta_i=\vec\alpha_i-\sum\limits\limits_{j=1}^{i-1}{(\vec\alpha_i,\vec\beta_j) \over (\vec\beta_j,\vec\beta_j)}\vec\beta_j(i \in [1,n]) \Rightarrow \{\vec\beta_i\}_n\) 为正交向量组

线性方程组

齐次线性方程组

  • 解的存在性
    • \(|A| \neq 0\):有唯一零解
    • \(|A|=0\):有无穷多解及无穷多基础解系(自由解个数 \(=dim\ S=n-r(A)\) )
  • 通解\(\vec x=\sum\limits_{i=1}^{n-r(A)} k_i\vec x_i\)\(\{\vec x_i\}_{n-r(A)}\)\(S\) 的一个基础解系

非齐次线性方程组

  • 解的存在性
    • \(r(A) \neq r(B)\) :无解
    • \(r(A)=r(B)\)
      • \(r(A)=n\):有唯一解
      • \(r(A)<n\):有无穷多解
  • 通解\(\vec x=\vec x_0+\vec x^*\) ,其中 \(\vec x_0\)\(A\vec x=\vec b\) 的一个特解,\(\vec x^*\)\(A\vec x=\vec 0\) 的一个通解(不构成解空间)
  • 常见结论证明
    • \(AB=0 \Rightarrow B\) 的任一列向量为 \(Ax=0\) 解空间的向量 \(\Rightarrow r(B) \leq n-r(A) \Rightarrow r(A)+r(B) \leq n\)

二次型(二次齐次多项式)

\(f(x_1,x_2,...,x_n)=\sum\limits_{i=1}^n\sum\limits_{j=1}^n a_{ij}x_ix_j=\vec x^TA\vec x(a_{ij}=a_{ji})\)

属性

  • 矩阵\(A\)
  • \(r(A)\)
  • 标准形\(A=diag(d_i)_n\)
    • 任意实二次型均可通过正交变换变为标准型 \((\exists\ B,\vec y=B\vec x,f(x_1,x_2,...,x_n)=x^T A x=y^T \Lambda y=\sum\limits_{i=1}^n\lambda_i y_i^2)\)
  • 规范形\(A=diag(d_i)_n,d_i \in \{-1,1,0\}\)
    • 惯性定理:规范形中 \(1\) 的个数由 \(A\) 唯一确定
    • 正惯性指数:规范形中 \(1\) 的个数,记作 \(p(f)\)
    • 负惯性指数:规范形中 \(-1\) 的个数
    • 符号差=正惯性指数-负惯性指数
  • 正定\(f=\vec x^T A \vec x>0\)\(f\)
    • \(f\) 正定 \(\Leftrightarrow f\)\(n\) 个系数全是正数 \(\Leftrightarrow p(f)=n \Leftrightarrow \lambda_i>0\)
    • \(A\) 正定 \(\Leftrightarrow A \simeq E \Leftrightarrow A\)\(n\) 个顺序主子式为正数 \(\Leftrightarrow p(A)=r(A)=n\)
  • 半正定\(f=\vec x^T A \vec x \geq 0\)\(f\)
    • \(A\) 半正定 \(\Leftrightarrow A\)\(n\) 个顺序主子式非负 \(\Leftrightarrow p(A)=r(A) \leq n\)
  • 负定\(f=\vec x^T A \vec x < 0\)\(f\)
    • \(f\) 负定 \(\Leftrightarrow f\)\(n\) 个系数全是负数 \(\Leftrightarrow \lambda_i>0\)
    • \(A\) 负定 \(\Leftrightarrow A\)\(n\) 个顺序主子式为负数 \(\Leftrightarrow p(A)=0,r(A)=n\)
  • 半负定\(f=\vec x^T A \vec x \leq 0\)\(f\)
    • \(f\) 半负定 \(\Leftrightarrow f\)\(n\) 个系数全是非正数 \(\Leftrightarrow \lambda_i>0\)
    • \(A\) 半负定 \(\Leftrightarrow A\)\(n\) 个顺序主子式为正数 \(\Leftrightarrow p(A)=0,r(A) \leq n\)

计算方法

  • 实二次型标准化
    1. 正交变换法(找使 \(A\) 对角化的 \(P\))
    2. 配方法:
      • 无平方项:找一组 \(x_ix_j(a_{ij} \neq 0),x_i=y_i+y_j,x_j=y_i-y_j,x_k=y_k(i,j \neq k),\) 即可出现平方项
      • 有平方项:找一个平方项 \(x_i^2\) ,使 \(f=a_{ii}(x_i+\sum\limits_{j \neq i}{a_{ij} \over a_{ii}}x_j)^2+g\),将 \(g\) 标准化即可

线性空间与线性变换

线性空间

  • 对线性运算(加法、数乘)封闭
  • 加法:
    • 交换律(\(\vec\alpha+\vec\beta=\vec\beta\vec\alpha\)
    • 结合律(\(\vec\alpha+(\vec\beta+\vec\gamma)=(\vec\alpha+\vec\beta)+\vec\gamma\)
    • 存在零元素(\(\exists\vec 0 \in V,\vec\alpha+\vec 0=\vec\alpha\)
    • 存在负元素(\(\exists\vec\beta \in V,\vec\alpha+\vec\beta=\vec 0\)
  • 数乘:
    • 1为单位元
    • 结合律(\(\lambda(\mu\vec\alpha)=(\lambda\mu)\vec\alpha\)
    • 两个分配律(\((\lambda+\mu)\vec\alpha=\lambda\vec\alpha+\mu\vec\alpha,\lambda(\vec\alpha+\vec\beta)=\lambda\vec\alpha+\lambda\vec\beta\)

线性变换

  • \(f(\vec\alpha+\vec\beta)=f(\vec\alpha)+f(\vec\beta)\)
  • \(f(\lambda\vec\alpha)=\lambda f(\vec\alpha)\)