怎么把一个3阶方阵,写成若干初等矩阵的乘积?

作者:滴水穿石 | 创建时间: 2023-07-16
一个可逆矩阵A,可以通过左乘若干初等矩阵,化为单位矩阵。 那么,这若干初等矩阵的逆矩阵,按倒序相乘,就可以得到矩阵A。 下面,我就一步一步的把一个三阶方阵分解开。...
怎么把一个3阶方阵,写成若干初等矩阵的乘积?

操作方法

给定三阶方阵A: A={{a,b,c},{d,e,f},{p,q,r}}

开始一步一步的进行行约简: 先把第一行的第一个数字变成1,也就是用初等矩阵u来左乘A: u = {{1/a, 0, 0}, {0, 1, 0}, {0, 0, 1}};

让第二行第一个数字变成0: 把第三行乘以-d/p,加到第二行上; 这个过程对应的初等矩阵是: v=I+(-d/p)*e_(2,3) = {{1, 0, 0}, {0, 1, 0}, {0, 0, 1}} + {{0, 0, 0}, {0, 0, -d/p}, {0, 0, 0}};

再把第一行乘以-p,加到第三行上;对应的初等矩阵是: w=I+(-p)*e_(3,1) = {{1, 0, 0}, {0, 1, 0}, {0, 0, 1}} + {{0, 0, 0}, {0, 0, 0}, {-p, 0, 0}};

再把第三行第二个元素变成0: 第二行乘以-(p (-b p + a q))/(a (e p - d q)),加到第三行上; 对应的初等矩阵是—— x=I+(-(p (-b p + a q))/(a (e p - d q)))*e_(3,2) ={{1, 0, 0}, {0, 1, 0}, {0, 0, 1}} + {{0, 0, 0}, {0, 0, 0}, {0, -(p (-b p + a q))/(a (e p - d q)), 0}}; 注意看,此时的x.(w.(v.(u.A)))是上三角矩阵。

把第三行的第三个元素变成1: 也就是左乘矩阵初等矩阵y—— y={{1, 0, 0}, {0, 1, 0}, {0, 0, (a (e p - d q))/(p (-c e p + b f p + c d q - a f q -      b d r + a e r))}}

把第二行第三个元素变成0: 第三行乘以(-f+(d r)/p),加到第二行上就可以了。

再把第二行的第二个元素变成1: 左乘m, m = {{1, 0, 0}, {0, -(p/(-e p + d q)), 0}, {0, 0, 1}};

把第一行第二个元素变成0,就是用第二行乘以(-b/a),加到第一行; 把第一行第三个元素变成0,就是用第三行乘以(-c/a),加到第一行。 最后得到的o.(n.(m.(z.(y.(x.(w.(v.(u.A))))))))就是单位矩阵。

这样,o.(n.(m.(z.(y.(x.(w.(v.u)))))))就是A的逆矩阵。 反过来,假设u的逆矩阵是u',那么u'也是初等矩阵,所以,A可以写成: u'.v'.w'.x'.y'.z'.m'.n'.o' 而初等矩阵的逆矩阵是很容易求出的。

温馨提示

这是一个啰嗦的过程,但是有助于我们对初等矩阵、矩阵积、逆矩阵、行约简等概念,有更深刻的认识。
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