3.【线性代数】——矩阵乘法和逆矩阵
三 矩阵乘法和逆矩阵
- 1. 矩阵乘法
- 1.1 常规方法
- 1.2 列向量组合
- 1.3 行向量组合
- 1.4 单行和单列的乘积和
- 1.5 块乘法
 
 
- 2. 逆矩阵
- 2.1 逆矩阵的定义
- 2.2 奇异矩阵
- 2.3 Gauss-Jordan 求逆矩阵
- 2.3.1 求逆矩阵 ⟺ \Longleftrightarrow ⟺解方程组
- 2.3.2 Gauss-Jordan求逆矩阵
 
 
 
 
1. 矩阵乘法
1.1 常规方法
 
      
       
        
         
          
           
           
             [ 
            
            
             
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
             
             
              
               
                
                
                  a 
                 
                
                  31 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  a 
                 
                
                  32 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  a 
                 
                
                  33 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  a 
                 
                
                  34 
                 
                
               
              
             
             
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
             
            
           
             ] 
            
           
          
            ⏟ 
           
          
          
          
            A 
           
           
           
             m 
            
           
             ∗ 
            
           
             n 
            
           
          
         
         
          
           
           
             [ 
            
            
             
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  b 
                 
                
                  14 
                 
                
               
              
             
             
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  b 
                 
                
                  24 
                 
                
               
              
             
             
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  b 
                 
                
                  34 
                 
                
               
              
             
             
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  b 
                 
                
                  44 
                 
                
               
              
             
            
           
             ] 
            
           
          
            ⏟ 
           
          
          
          
            B 
           
           
           
             n 
            
           
             ∗ 
            
           
             p 
            
           
          
         
        
          = 
         
         
          
           
           
             [ 
            
            
             
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
             
             
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  C 
                 
                
                  34 
                 
                
               
              
             
             
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
              
               
                
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
                  . 
                 
                
               
              
             
            
           
             ] 
            
           
          
            ⏟ 
           
          
          
          
            C 
           
           
           
             m 
            
           
             ∗ 
            
           
             p 
            
           
          
         
        
       
         \underbrace{\begin{bmatrix} ...&...&...&...\\ a_{31}&a_{32}&a_{33}&a_{34}\\ ...&...&...&...\\ \end{bmatrix}}_{A_{m*n}} \underbrace{\begin{bmatrix} ...&...&...&b_{14}\\ ...&...&...&b_{24}\\ ...&...&...&b_{34}\\ ...&...&...&b_{44} \end{bmatrix}}_{B_{n*p}}= \underbrace{\begin{bmatrix} ...&...&...&...\\ ...&...&...&C_{34}\\ ...&...&...&... \end{bmatrix}}_{C_{m*p}} 
        
       
     Am∗n 
                   
                   
                   
                         ...a31......a32......a33......a34... 
                         Bn∗p 
                   
                   
                   
                         ....................................b14b24b34b44 
                         =Cm∗p 
                   
                   
                   
                         ..............................C34... 
                         
  
      
       
        
         
         
           C 
          
         
           34 
          
         
        
          = 
         
         
         
           A 
          
          
          
            r 
           
          
            o 
           
           
           
             w 
            
           
             3 
            
           
          
         
        
          ∗ 
         
         
         
           B 
          
          
          
            c 
           
          
            o 
           
           
           
             l 
            
           
             4 
            
           
          
         
        
          = 
         
         
         
           ∑ 
          
          
          
            i 
           
          
            = 
           
          
            1 
           
          
         
           n 
          
         
         
         
           a 
          
          
          
            3 
           
          
            i 
           
          
         
        
          ∗ 
         
         
         
           b 
          
          
          
            i 
           
          
            4 
           
          
         
        
       
         C_{34} = A_{row_3}*B_{col_4} = \sum\limits_{i=1}^{n}a_{3i}*b_{i4} 
        
       
     C34=Arow3∗Bcol4=i=1∑na3i∗bi4
1.2 列向量组合
已知
  
      
       
        
         
          
           
            
             
             
               [ 
              
              
               
                
                 
                  
                  
                    A 
                   
                  
                    11 
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    A 
                   
                  
                    12 
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    A 
                   
                  
                    13 
                   
                  
                 
                
               
               
                
                 
                  
                  
                    A 
                   
                  
                    21 
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    A 
                   
                  
                    22 
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    A 
                   
                  
                    23 
                   
                  
                 
                
               
               
                
                 
                  
                  
                    A 
                   
                  
                    31 
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    A 
                   
                  
                    32 
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    A 
                   
                  
                    33 
                   
                  
                 
                
               
              
             
               ] 
              
             
             
             
               [ 
              
              
               
                
                 
                  
                  
                    B 
                   
                  
                    11 
                   
                  
                 
                
               
               
                
                 
                  
                  
                    B 
                   
                  
                    21 
                   
                  
                 
                
               
               
                
                 
                  
                  
                    B 
                   
                  
                    31 
                   
                  
                 
                
               
              
             
               ] 
              
             
            
           
          
          
           
            
             
            
              = 
             
             
             
               B 
              
             
               11 
              
             
            
              ∗ 
             
             
             
               A 
              
              
              
                c 
               
              
                o 
               
              
                l 
               
              
                1 
               
              
             
            
              + 
             
             
             
               B 
              
             
               21 
              
             
            
              ∗ 
             
             
             
               A 
              
              
              
                c 
               
              
                o 
               
              
                l 
               
              
                2 
               
              
             
            
              + 
             
             
             
               B 
              
             
               31 
              
             
            
              ∗ 
             
             
             
               A 
              
              
              
                c 
               
              
                o 
               
              
                l 
               
              
                3 
               
              
             
            
           
          
         
         
          
           
            
           
          
          
           
            
             
            
              = 
             
             
             
               [ 
              
              
               
                
                 
                  
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     11 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     11 
                    
                   
                  
                    + 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     21 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     12 
                    
                   
                  
                    + 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     31 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     13 
                    
                   
                  
                 
                
               
               
                
                 
                  
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     11 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     21 
                    
                   
                  
                    + 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     21 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     22 
                    
                   
                  
                    + 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     31 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     23 
                    
                   
                  
                 
                
               
               
                
                 
                  
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     11 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     31 
                    
                   
                  
                    + 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     21 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     32 
                    
                   
                  
                    + 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     31 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     33 
                    
                   
                  
                 
                
               
              
             
               ] 
              
             
            
           
          
         
        
       
         \begin{aligned} \begin{bmatrix} A_{11}&A_{12}&A_{13}\\ A_{21}&A_{22}&A_{23}\\ A_{31}&A_{32}&A_{33} \end{bmatrix} \begin{bmatrix} B_{11}\\ B_{21}\\ B_{31} \end{bmatrix} &=B_{11}*A_{col1}+B_{21}*A_{col2}+B_{31}*A_{col3} \newline &= \begin{bmatrix} B_{11}*A_{11}+B_{21}*A_{12}+B_{31}*A_{13}\\ B_{11}*A_{21}+B_{21}*A_{22}+B_{31}*A_{23}\\ B_{11}*A_{31}+B_{21}*A_{32}+B_{31}*A_{33} \end{bmatrix}\end{aligned} 
        
       
      
                      A11A21A31A12A22A32A13A23A33 
                       
                      B11B21B31 
                      =B11∗Acol1+B21∗Acol2+B31∗Acol3= 
                      B11∗A11+B21∗A12+B31∗A13B11∗A21+B21∗A22+B31∗A23B11∗A31+B21∗A32+B31∗A33 
                      
 那么
  
      
       
        
         
          
           
            
             
              
               
               
                 [ 
                
                
                 
                  
                   
                    
                    
                      A 
                     
                    
                      11 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      A 
                     
                    
                      12 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      A 
                     
                    
                      13 
                     
                    
                   
                  
                 
                 
                  
                   
                    
                    
                      A 
                     
                    
                      21 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      A 
                     
                    
                      22 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      A 
                     
                    
                      23 
                     
                    
                   
                  
                 
                 
                  
                   
                    
                    
                      A 
                     
                    
                      31 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      A 
                     
                    
                      32 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      A 
                     
                    
                      33 
                     
                    
                   
                  
                 
                
               
                 ] 
                
               
              
                ⏟ 
               
              
             
               A 
              
             
             
              
               
               
                 [ 
                
                
                 
                  
                   
                    
                    
                      B 
                     
                    
                      11 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      B 
                     
                    
                      12 
                     
                    
                   
                  
                 
                 
                  
                   
                    
                    
                      B 
                     
                    
                      21 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      B 
                     
                    
                      22 
                     
                    
                   
                  
                 
                 
                  
                   
                    
                    
                      B 
                     
                    
                      31 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      B 
                     
                    
                      32 
                     
                    
                   
                  
                 
                
               
                 ] 
                
               
              
                ⏟ 
               
              
             
               B 
              
             
            
           
          
          
           
            
             
            
              = 
             
             
              
               
               
                 [ 
                
                
                 
                  
                   
                    
                     
                     
                       B 
                      
                     
                       11 
                      
                     
                    
                      ∗ 
                     
                     
                     
                       A 
                      
                      
                      
                        c 
                       
                      
                        o 
                       
                      
                        l 
                       
                      
                        1 
                       
                      
                     
                    
                      + 
                     
                     
                     
                       B 
                      
                     
                       21 
                      
                     
                    
                      ∗ 
                     
                     
                     
                       A 
                      
                      
                      
                        c 
                       
                      
                        o 
                       
                      
                        l 
                       
                      
                        2 
                       
                      
                     
                    
                      + 
                     
                     
                     
                       B 
                      
                     
                       31 
                      
                     
                    
                      ∗ 
                     
                     
                     
                       A 
                      
                      
                      
                        c 
                       
                      
                        o 
                       
                      
                        l 
                       
                      
                        3 
                       
                      
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                     
                     
                       B 
                      
                     
                       12 
                      
                     
                    
                      ∗ 
                     
                     
                     
                       A 
                      
                      
                      
                        c 
                       
                      
                        o 
                       
                      
                        l 
                       
                      
                        1 
                       
                      
                     
                    
                      + 
                     
                     
                     
                       B 
                      
                     
                       22 
                      
                     
                    
                      ∗ 
                     
                     
                     
                       A 
                      
                      
                      
                        c 
                       
                      
                        o 
                       
                      
                        l 
                       
                      
                        2 
                       
                      
                     
                    
                      + 
                     
                     
                     
                       B 
                      
                     
                       32 
                      
                     
                    
                      ∗ 
                     
                     
                     
                       A 
                      
                      
                      
                        c 
                       
                      
                        o 
                       
                      
                        l 
                       
                      
                        3 
                       
                      
                     
                    
                   
                  
                 
                
               
                 ] 
                
               
              
                ⏟ 
               
              
             
               C 
              
             
            
           
          
         
         
          
           
            
           
          
          
           
            
             
            
              = 
             
             
             
               [ 
              
              
               
                
                 
                  
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     11 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     11 
                    
                   
                  
                    + 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     21 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     12 
                    
                   
                  
                    + 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     31 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     13 
                    
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     12 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     11 
                    
                   
                  
                    + 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     22 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     12 
                    
                   
                  
                    + 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     32 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     13 
                    
                   
                  
                 
                
               
               
                
                 
                  
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     11 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     21 
                    
                   
                  
                    + 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     21 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     22 
                    
                   
                  
                    + 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     31 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     23 
                    
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     12 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     21 
                    
                   
                  
                    + 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     22 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     22 
                    
                   
                  
                    + 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     32 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     23 
                    
                   
                  
                 
                
               
               
                
                 
                  
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     11 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     31 
                    
                   
                  
                    + 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     21 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     32 
                    
                   
                  
                    + 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     31 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     33 
                    
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     12 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     31 
                    
                   
                  
                    + 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     22 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     32 
                    
                   
                  
                    + 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     32 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     33 
                    
                   
                  
                 
                
               
              
             
               ] 
              
             
            
           
          
         
        
       
         \begin{aligned} \underbrace{\begin{bmatrix} A_{11}&A_{12}&A_{13}\\ A_{21}&A_{22}&A_{23}\\ A_{31}&A_{32}&A_{33} \end{bmatrix}}_{A} \underbrace{\begin{bmatrix} B_{11}&B_{12}\\ B_{21}&B_{22}\\ B_{31}&B_{32} \end{bmatrix}}_{B} &=\underbrace{\begin{bmatrix}B_{11}*A_{col1}+B_{21}*A_{col2}+B_{31}*A_{col3} & B_{12}*A_{col1}+B_{22}*A_{col2}+B_{32}*A_{col3}\end{bmatrix}}_{C} \newline &=\begin{bmatrix} B_{11}*A_{11}+B_{21}*A_{12}+B_{31}*A_{13}& B_{12}*A_{11}+B_{22}*A_{12}+B_{32}*A_{13}\\ B_{11}*A_{21}+B_{21}*A_{22}+B_{31}*A_{23} & B_{12}*A_{21}+B_{22}*A_{22}+B_{32}*A_{23}\\ B_{11}*A_{31}+B_{21}*A_{32}+B_{31}*A_{33} & B_{12}*A_{31}+B_{22}*A_{32}+B_{32}*A_{33} \end{bmatrix}\end{aligned} 
        
       
     A 
                           
                           
                           
                                 A11A21A31A12A22A32A13A23A33 
                                 B 
                           
                           
                           
                                 B11B21B31B12B22B32 
                                 =C 
                           
                           
                          [B11∗Acol1+B21∗Acol2+B31∗Acol3B12∗Acol1+B22∗Acol2+B32∗Acol3]= 
                      B11∗A11+B21∗A12+B31∗A13B11∗A21+B21∗A22+B31∗A23B11∗A31+B21∗A32+B31∗A33B12∗A11+B22∗A12+B32∗A13B12∗A21+B22∗A22+B32∗A23B12∗A31+B22∗A32+B32∗A33 
                      
 C矩阵是A矩阵的列向量组合
1.3 行向量组合
已知
  
      
       
        
         
          
           
            
             
             
               [ 
              
              
               
                
                 
                  
                  
                    A 
                   
                  
                    11 
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    A 
                   
                  
                    12 
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    A 
                   
                  
                    13 
                   
                  
                 
                
               
              
             
               ] 
              
             
             
             
               [ 
              
              
               
                
                 
                  
                  
                    B 
                   
                  
                    11 
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    B 
                   
                  
                    12 
                   
                  
                 
                
               
               
                
                 
                  
                  
                    B 
                   
                  
                    21 
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    B 
                   
                  
                    22 
                   
                  
                 
                
               
               
                
                 
                  
                  
                    B 
                   
                  
                    31 
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    B 
                   
                  
                    32 
                   
                  
                 
                
               
              
             
               ] 
              
             
            
           
          
          
           
            
             
            
              = 
             
             
             
               A 
              
             
               11 
              
             
            
              ∗ 
             
             
             
               B 
              
              
              
                r 
               
              
                o 
               
              
                w 
               
              
                1 
               
              
             
            
              + 
             
             
             
               A 
              
             
               12 
              
             
            
              ∗ 
             
             
             
               B 
              
              
              
                r 
               
              
                o 
               
              
                w 
               
              
                2 
               
              
             
            
              + 
             
             
             
               A 
              
             
               13 
              
             
            
              ∗ 
             
             
             
               B 
              
              
              
                r 
               
              
                o 
               
              
                w 
               
              
                3 
               
              
             
            
           
          
         
         
          
           
            
           
          
          
           
            
             
            
              = 
             
             
             
               [ 
              
              
               
                
                 
                  
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     11 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     11 
                    
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     11 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     12 
                    
                   
                  
                 
                
               
               
                
                 
                 
                   + 
                  
                 
                
                
                 
                 
                   + 
                  
                 
                
               
               
                
                 
                  
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     12 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     21 
                    
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     12 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     22 
                    
                   
                  
                 
                
               
               
                
                 
                 
                   + 
                  
                 
                
                
                 
                 
                   + 
                  
                 
                
               
               
                
                 
                  
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     13 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     31 
                    
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                   
                   
                     A 
                    
                   
                     13 
                    
                   
                  
                    ∗ 
                   
                   
                   
                     B 
                    
                   
                     32 
                    
                   
                  
                 
                
               
              
             
               ] 
              
             
            
           
          
         
        
       
         \begin{aligned} \begin{bmatrix} A_{11}&A_{12}&A_{13} \end{bmatrix} \begin{bmatrix} B_{11}&B_{12}\\ B_{21}&B_{22}\\ B_{31}&B_{32} \end{bmatrix} &=A_{11}*B_{row1}+A_{12}*B_{row2}+A_{13}*B_{row3} \newline &= \begin{bmatrix} A_{11}*B_{11}&A_{11}*B_{12}\\ +&+\\ A_{12}*B_{21}&A_{12}*B_{22}\\ +&+\\ A_{13}*B_{31}&A_{13}*B_{32} \end{bmatrix}\end{aligned} 
        
       
     [A11A12A13] 
                      B11B21B31B12B22B32 
                      =A11∗Brow1+A12∗Brow2+A13∗Brow3= 
                      A11∗B11+A12∗B21+A13∗B31A11∗B12+A12∗B22+A13∗B32 
                      
 那么
  
      
       
        
         
          
           
            
             
              
               
               
                 [ 
                
                
                 
                  
                   
                    
                    
                      A 
                     
                    
                      11 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      A 
                     
                    
                      12 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      A 
                     
                    
                      13 
                     
                    
                   
                  
                 
                 
                  
                   
                    
                    
                      A 
                     
                    
                      21 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      A 
                     
                    
                      22 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      A 
                     
                    
                      23 
                     
                    
                   
                  
                 
                 
                  
                   
                    
                    
                      A 
                     
                    
                      31 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      A 
                     
                    
                      32 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      A 
                     
                    
                      33 
                     
                    
                   
                  
                 
                
               
                 ] 
                
               
              
                ⏟ 
               
              
             
               A 
              
             
             
              
               
               
                 [ 
                
                
                 
                  
                   
                    
                    
                      B 
                     
                    
                      11 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      B 
                     
                    
                      12 
                     
                    
                   
                  
                 
                 
                  
                   
                    
                    
                      B 
                     
                    
                      21 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      B 
                     
                    
                      22 
                     
                    
                   
                  
                 
                 
                  
                   
                    
                    
                      B 
                     
                    
                      31 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      B 
                     
                    
                      32 
                     
                    
                   
                  
                 
                
               
                 ] 
                
               
              
                ⏟ 
               
              
             
               B 
              
             
            
           
          
          
           
            
             
            
              = 
             
             
              
               
               
                 [ 
                
                
                 
                  
                   
                    
                     
                     
                       A 
                      
                     
                       11 
                      
                     
                    
                      ∗ 
                     
                     
                     
                       B 
                      
                      
                      
                        r 
                       
                      
                        o 
                       
                      
                        w 
                       
                      
                        1 
                       
                      
                     
                    
                      + 
                     
                     
                     
                       A 
                      
                     
                       12 
                      
                     
                    
                      ∗ 
                     
                     
                     
                       B 
                      
                      
                      
                        r 
                       
                      
                        o 
                       
                      
                        w 
                       
                      
                        2 
                       
                      
                     
                    
                      + 
                     
                     
                     
                       A 
                      
                     
                       13 
                      
                     
                    
                      ∗ 
                     
                     
                     
                       B 
                      
                      
                      
                        r 
                       
                      
                        o 
                       
                      
                        w 
                       
                      
                        3 
                       
                      
                     
                    
                   
                  
                 
                 
                  
                   
                    
                     
                     
                       A 
                      
                     
                       21 
                      
                     
                    
                      ∗ 
                     
                     
                     
                       B 
                      
                      
                      
                        r 
                       
                      
                        o 
                       
                      
                        w 
                       
                      
                        1 
                       
                      
                     
                    
                      + 
                     
                     
                     
                       A 
                      
                     
                       22 
                      
                     
                    
                      ∗ 
                     
                     
                     
                       B 
                      
                      
                      
                        r 
                       
                      
                        o 
                       
                      
                        w 
                       
                      
                        2 
                       
                      
                     
                    
                      + 
                     
                     
                     
                       A 
                      
                     
                       23 
                      
                     
                    
                      ∗ 
                     
                     
                     
                       B 
                      
                      
                      
                        r 
                       
                      
                        o 
                       
                      
                        w 
                       
                      
                        3 
                       
                      
                     
                    
                   
                  
                 
                 
                  
                   
                    
                     
                     
                       A 
                      
                     
                       31 
                      
                     
                    
                      ∗ 
                     
                     
                     
                       B 
                      
                      
                      
                        r 
                       
                      
                        o 
                       
                      
                        w 
                       
                      
                        1 
                       
                      
                     
                    
                      + 
                     
                     
                     
                       A 
                      
                     
                       32 
                      
                     
                    
                      ∗ 
                     
                     
                     
                       B 
                      
                      
                      
                        r 
                       
                      
                        o 
                       
                      
                        w 
                       
                      
                        2 
                       
                      
                     
                    
                      + 
                     
                     
                     
                       A 
                      
                     
                       33 
                      
                     
                    
                      ∗ 
                     
                     
                     
                       B 
                      
                      
                      
                        r 
                       
                      
                        o 
                       
                      
                        w 
                       
                      
                        3 
                       
                      
                     
                    
                   
                  
                 
                
               
                 ] 
                
               
              
                ⏟ 
               
              
             
               C 
              
             
            
           
          
         
        
       
         \begin{aligned} \underbrace{\begin{bmatrix} A_{11}&A_{12}&A_{13}\\ A_{21}&A_{22}&A_{23}\\ A_{31}&A_{32}&A_{33} \end{bmatrix}}_{A} \underbrace{\begin{bmatrix} B_{11}&B_{12}\\ B_{21}&B_{22}\\ B_{31}&B_{32} \end{bmatrix}}_{B} &=\underbrace{\begin{bmatrix} A_{11}*B_{row1}+A_{12}*B_{row2}+A_{13}*B_{row3}\\ A_{21}*B_{row1}+A_{22}*B_{row2}+A_{23}*B_{row3}\\ A_{31}*B_{row1}+A_{32}*B_{row2}+A_{33}*B_{row3} \end{bmatrix}}_{C} \newline \end{aligned} 
        
       
     A 
                           
                           
                           
                                 A11A21A31A12A22A32A13A23A33 
                                 B 
                           
                           
                           
                                 B11B21B31B12B22B32 
                                 =C 
                           
                           
                           
                                 A11∗Brow1+A12∗Brow2+A13∗Brow3A21∗Brow1+A22∗Brow2+A23∗Brow3A31∗Brow1+A32∗Brow2+A33∗Brow3 
                                 
 C矩阵是B矩阵的行向量组合
1.4 单行和单列的乘积和
[ 2 7 3 8 4 9 ] [ 1 6 1 1 ] = [ 2 3 4 ] [ 1 6 ] + [ 7 8 9 ] [ 1 1 ] = [ 9 19 11 26 13 33 ] \begin{aligned} \begin{bmatrix} 2&7\\ 3&8\\ 4&9 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 1&6\\ 1&1\\ \end{bmatrix} &= \begin{bmatrix} 2\\ 3\\ 4 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 1&6\\ \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} 7\\ 8\\ 9 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 1&1\\ \end{bmatrix} \newline &= \begin{bmatrix} 9&19\\ 11&26\\ 13&33 \end{bmatrix} \end{aligned} 234789 [1161]= 234 [16]+ 789 [11]= 91113192633 
1.5 块乘法
[ A 1 ∣ A 2 —— —— —— A 3 ∣ A 4 ] [ B 1 ∣ B 2 —— —— —— B 3 ∣ B 4 ] = [ A 1 ∗ B 1 + A 2 ∗ B 3 ∣ A 1 ∗ B 2 + A 2 ∗ B 4 ———————— —— ———————— A 3 ∗ B 1 + A 4 ∗ B 3 ∣ A 3 ∗ B 2 + A 4 ∗ B 4 ] \begin{bmatrix} A_{1}&|&A_{2}\\ ——&——&——\\ A_{3}&|&A_{4} \end{bmatrix} \begin{bmatrix} B_{1}&|&B_{2}\\ ——&——&——\\ B_{3}&|&B_{4} \end{bmatrix} =\begin{bmatrix} A_{1}*B_{1}+A_2*B_{3}&|&A_{1}*B_{2}+A_2*B_{4}\\ ————————&——&————————\\ A_{3}*B_{1}+A_4*B_{3}&|&A_{3}*B_{2}+A_4*B_{4} \end{bmatrix} A1——A3∣——∣A2——A4  B1——B3∣——∣B2——B4 = A1∗B1+A2∗B3————————A3∗B1+A4∗B3∣——∣A1∗B2+A2∗B4————————A3∗B2+A4∗B4 
2. 逆矩阵
2.1 逆矩阵的定义
存在
  
      
       
        
         
         
           A 
          
          
          
            − 
           
          
            1 
           
          
         
        
          A 
         
        
          = 
         
        
          I 
         
        
       
         A^{-1}A = I 
        
       
     A−1A=I
 那么,称 
     
      
       
        
        
          A 
         
         
         
           − 
          
         
           1 
          
         
        
       
      
        A^{-1} 
       
      
    A−1为A的逆矩阵,A是可逆的,记为非奇异矩阵
当A为方阵(行数=列数)时,左逆矩阵=右逆矩阵
  
      
       
        
         
         
           A 
          
          
          
            − 
           
          
            1 
           
          
         
        
          A 
         
        
          = 
         
        
          I 
         
        
          = 
         
        
          A 
         
         
         
           A 
          
          
          
            − 
           
          
            1 
           
          
         
        
       
         A^{-1}A = I=AA^{-1} 
        
       
     A−1A=I=AA−1
2.2 奇异矩阵
存在 
     
      
       
       
         A 
        
       
         x 
        
       
         = 
        
       
         0 
        
       
         ( 
        
       
         x 
        
       
         非零向量 
        
       
         ) 
        
       
         ⇒ 
        
       
         A 
        
       
         不可逆 
        
       
      
        Ax=0(x非零向量)\Rightarrow A不可逆 
       
      
    Ax=0(x非零向量)⇒A不可逆
 证明如下
  
      
       
        
         
          
           
            
           
          
          
           
            
             
            
              A 
             
            
              x 
             
            
              = 
             
            
              0 
             
            
           
          
         
         
          
           
            
           
          
          
           
            
             
             
             
               ⇒ 
              
              
               
                
                
                  A 
                 
                 
                 
                   − 
                  
                 
                   1 
                  
                 
                
               
                 A 
                
               
                 = 
                
               
                 I 
                
               
              
             
             
             
               A 
              
              
              
                − 
               
              
                1 
               
              
             
            
              A 
             
            
              x 
             
            
              = 
             
            
              0 
             
            
           
          
         
         
          
           
            
           
          
          
           
            
             
             
             
               ⇒ 
              
              
               
              
             
            
              x 
             
            
              = 
             
            
              0 
             
            
              (与 
             
            
              x 
             
            
              为非零向量冲突) 
             
            
           
          
         
        
       
         \begin{aligned} &Ax = 0 \newline&\xRightarrow{A^{-1}A=I} A^{-1}Ax=0\newline &\xRightarrow{} x=0 (与x为非零向量冲突) \end{aligned} 
        
       
     Ax=0A−1A=IA−1Ax=0x=0(与x为非零向量冲突)
延伸(学习了后面的列向量等):
- A x Ax Ax是A的列向量的线性组合, A x = 0 有解 Ax=0有解 Ax=0有解说明,存在A的列向量的组合为0,A不是满秩矩阵。
- 那么奇异矩阵不是满秩矩阵
 那能不能说明由此推导出满秩矩阵可逆?
 好像不是很充分,除非能推导出 A x = 0 ( x 非零向量 ) 无解 ⇒ A 可逆 Ax=0(x非零向量)无解\Rightarrow A可逆 Ax=0(x非零向量)无解⇒A可逆
2.3 Gauss-Jordan 求逆矩阵
2.3.1 求逆矩阵 ⟺ \Longleftrightarrow ⟺解方程组
[ 1 3 2 7 ] ⏟ A [ a c b d ] ⏟ A − 1 = [ 1 0 0 1 ] ⏟ I ⟺ { a + 3 b = 1 2 c + 7 d = 1 \underbrace{\begin{bmatrix} 1&3\\ 2&7 \end{bmatrix}}_{A} \underbrace{\begin{bmatrix} a&c\\ b&d \end{bmatrix}}_{A^{-1}} =\underbrace{\begin{bmatrix} 1&0\\ 0&1 \end{bmatrix}}_{I} \Longleftrightarrow \begin{cases} a+3b=1 \\ 2c+7d=1\\ \end{cases} A [1237]A−1 [abcd]=I [1001]⟺{a+3b=12c+7d=1
2.3.2 Gauss-Jordan求逆矩阵
 
     
      
       
       
         A 
        
        
        
          A 
         
         
         
           − 
          
         
           1 
          
         
        
       
         = 
        
       
         I 
        
       
      
        AA^{-1}=I 
       
      
    AA−1=I 可写为:
  
      
       
        
        
          { 
         
         
          
           
            
             
              
              
                [ 
               
               
                
                 
                  
                  
                    1 
                   
                  
                 
                 
                  
                  
                    3 
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    2 
                   
                  
                 
                 
                  
                  
                    7 
                   
                  
                 
                
               
              
                ] 
               
              
              
              
                [ 
               
               
                
                 
                  
                  
                    a 
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    b 
                   
                  
                 
                
               
              
                ] 
               
              
             
               = 
              
              
              
                [ 
               
               
                
                 
                  
                  
                    1 
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    0 
                   
                  
                 
                
               
              
                ] 
               
              
             
            
           
          
          
           
            
             
            
           
          
          
           
            
             
              
              
                [ 
               
               
                
                 
                  
                  
                    1 
                   
                  
                 
                 
                  
                  
                    3 
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    2 
                   
                  
                 
                 
                  
                  
                    7 
                   
                  
                 
                
               
              
                ] 
               
              
              
              
                [ 
               
               
                
                 
                  
                  
                    c 
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    d 
                   
                  
                 
                
               
              
                ] 
               
              
             
               = 
              
              
              
                [ 
               
               
                
                 
                  
                  
                    0 
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    1 
                   
                  
                 
                
               
              
                ] 
               
              
             
            
           
          
         
        
       
         \begin{cases} \begin{bmatrix} 1&3\\ 2&7 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a\\b \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1\\0 \end{bmatrix} \\\\ \begin{bmatrix} 1&3\\ 2&7 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} c\\d \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0\\1 \end{bmatrix} \end{cases} 
        
       
     ⎩ 
              ⎨ 
              ⎧[1237][ab]=[10][1237][cd]=[01]
 
      
       
        
         
          
           
            
             
              
              
                [ 
               
               
                
                 
                  
                  
                    1 
                   
                  
                 
                 
                  
                  
                    3 
                   
                  
                 
                 
                  
                  
                    1 
                   
                  
                 
                 
                  
                  
                    0 
                   
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    2 
                   
                  
                 
                 
                  
                  
                    7 
                   
                  
                 
                 
                  
                  
                    0 
                   
                  
                 
                 
                  
                  
                    1 
                   
                  
                 
                
               
              
                ] 
               
              
             
               ⏟ 
              
             
            
              增广矩阵[A|I] 
             
            
           
          
          
           
            
             
             
             
               ⇒ 
              
              
               
               
                 r 
                
               
                 o 
                
                
                
                  w 
                 
                
                  2 
                 
                
               
                 − 
                
               
                 2 
                
               
                 r 
                
               
                 o 
                
                
                
                  w 
                 
                
                  1 
                 
                
               
              
             
             
             
               [ 
              
              
               
                
                 
                 
                   1 
                  
                 
                
                
                 
                 
                   3 
                  
                 
                
                
                 
                 
                   1 
                  
                 
                
                
                 
                 
                   0 
                  
                 
                
               
               
                
                 
                 
                   0 
                  
                 
                
                
                 
                 
                   1 
                  
                 
                
                
                 
                  
                  
                    − 
                   
                  
                    2 
                   
                  
                 
                
                
                 
                 
                   1 
                  
                 
                
               
              
             
               ] 
              
             
            
           
          
         
         
          
           
            
           
          
          
           
            
             
             
             
               ⇒ 
              
              
               
               
                 r 
                
               
                 o 
                
                
                
                  w 
                 
                
                  1 
                 
                
               
                 − 
                
               
                 3 
                
               
                 r 
                
               
                 o 
                
                
                
                  w 
                 
                
                  2 
                 
                
               
              
             
             
              
               
               
                 [ 
                
                
                 
                  
                   
                   
                     1 
                    
                   
                  
                  
                   
                   
                     0 
                    
                   
                  
                  
                   
                   
                     7 
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      − 
                     
                    
                      3 
                     
                    
                   
                  
                 
                 
                  
                   
                   
                     0 
                    
                   
                  
                  
                   
                   
                     1 
                    
                   
                  
                  
                   
                    
                    
                      − 
                     
                    
                      2 
                     
                    
                   
                  
                  
                   
                   
                     1 
                    
                   
                  
                 
                
               
                 ] 
                
               
              
                ⏟ 
               
              
              
              
                [ 
               
              
                I 
               
              
                ∣ 
               
              
                E 
               
              
                ] 
               
              
             
            
           
          
         
        
       
         \begin{aligned} \underbrace{\begin{bmatrix} 1&3&1&0\\ 2&7&0&1 \end{bmatrix}}_{\text{增广矩阵[A|I]}} &\xRightarrow{row_{2}-2row_{1}} \begin{bmatrix} 1&3&1&0\\ 0&1&-2&1 \end{bmatrix} \newline&\xRightarrow{row_{1}-3row_{2}} \underbrace{\begin{bmatrix} 1&0&7&-3\\ 0&1&-2&1 \end{bmatrix}}_{[I|E]} \end{aligned} 
        
       
     增广矩阵[A|I] 
                           
                           
                          [12371001]row2−2row1[10311−201]row1−3row2[I∣E] 
                           
                           
                          [10017−2−31]
 第一种,老师上课讲的,公式推导
  
      
       
        
        
          E 
         
         
         
           [ 
          
          
           
            
             
             
               A 
              
             
            
            
             
             
               I 
              
             
            
           
          
         
           ] 
          
         
        
          = 
         
         
         
           [ 
          
          
           
            
             
             
               I 
              
             
            
            
             
             
               E 
              
             
            
           
          
         
           ] 
          
         
        
          ⇒ 
         
        
          E 
         
        
          A 
         
        
          = 
         
        
          I 
         
        
          ⇒ 
         
        
          E 
         
        
          = 
         
         
         
           A 
          
          
          
            − 
           
          
            1 
           
          
         
        
       
         E\begin{bmatrix} A&I \end{bmatrix} =\begin{bmatrix} I&E \end{bmatrix} \Rightarrow EA=I \Rightarrow E = A^{-1} 
        
       
     E[AI]=[IE]⇒EA=I⇒E=A−1
 ps:
- 从矩阵A经过消元变成了单位矩阵, 那么A满秩,不然变不成单位矩阵。
- 所以说,如果A可逆,那么A一定是满秩矩阵。
- 如果A满秩,那么A一定可逆。
第二种,回代到方程组中,也能求出解
  
      
       
        
         
         
           { 
          
          
           
            
             
              
               
               
                 [ 
                
                
                 
                  
                   
                   
                     1 
                    
                   
                  
                  
                   
                   
                     0 
                    
                   
                  
                 
                 
                  
                   
                   
                     0 
                    
                   
                  
                  
                   
                   
                     1 
                    
                   
                  
                 
                
               
                 ] 
                
               
               
               
                 [ 
                
                
                 
                  
                   
                   
                     a 
                    
                   
                  
                 
                 
                  
                   
                   
                     b 
                    
                   
                  
                 
                
               
                 ] 
                
               
              
                = 
               
               
               
                 [ 
                
                
                 
                  
                   
                   
                     7 
                    
                   
                  
                 
                 
                  
                   
                    
                    
                      − 
                     
                    
                      2 
                     
                    
                   
                  
                 
                
               
                 ] 
                
               
              
             
            
           
           
            
             
              
             
            
           
           
            
             
              
               
               
                 [ 
                
                
                 
                  
                   
                   
                     1 
                    
                   
                  
                  
                   
                   
                     0 
                    
                   
                  
                 
                 
                  
                   
                   
                     0 
                    
                   
                  
                  
                   
                   
                     1 
                    
                   
                  
                 
                
               
                 ] 
                
               
               
               
                 [ 
                
                
                 
                  
                   
                   
                     c 
                    
                   
                  
                 
                 
                  
                   
                   
                     d 
                    
                   
                  
                 
                
               
                 ] 
                
               
              
                = 
               
               
               
                 [ 
                
                
                 
                  
                   
                    
                    
                      − 
                     
                    
                      3 
                     
                    
                   
                  
                 
                 
                  
                   
                   
                     1 
                    
                   
                  
                 
                
               
                 ] 
                
               
              
             
            
           
          
         
        
          ⇒ 
         
         
         
           { 
          
          
           
            
             
              
              
                a 
               
              
                = 
               
              
                7 
               
              
             
            
           
           
            
             
              
              
                b 
               
              
                = 
               
              
                − 
               
              
                2 
               
              
             
            
           
           
            
             
              
              
                c 
               
              
                = 
               
              
                − 
               
              
                3 
               
              
             
            
           
           
            
             
              
              
                d 
               
              
                = 
               
              
                1 
               
              
             
            
           
          
         
        
       
         \begin{cases} \begin{bmatrix} 1&0\\ 0&1 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a\\b \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 7\\-2 \end{bmatrix} \\\\ \begin{bmatrix} 1&0\\ 0&1 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} c\\d \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} -3\\1 \end{bmatrix} \end{cases} \Rightarrow \begin{cases} a = 7\\ b=-2\\ c=-3\\ d=1 \end{cases} 
        
       
     ⎩ 
              ⎨ 
              ⎧[1001][ab]=[7−2][1001][cd]=[−31]⇒⎩ 
              ⎨ 
              ⎧a=7b=−2c=−3d=1
