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高斯若尔当求逆矩阵

这是个有趣的求逆矩阵方法。。。。。。

。。。。。。玩玩这些行 (加、乘或对换) 直至把矩阵 A 变成单位矩阵 I。 ![矩阵 A \ I 变成 I \ A 逆](https://www.shuxuele.com/algebra/images/matrix-gauss-jordan1.svg) 在单位矩阵上也做一模一样的运算, 单位矩阵便会奇妙的变成 逆矩阵!

“初等行运算”是简单的运算,像把行相加,乘,对换位置。。。。。。我们先来看例子:

例子:求 “A” 的逆:

矩阵 A

把给予的矩阵 A 与 单位矩阵 I 并排写下来:

增广矩阵 A
(这叫 “增广矩阵”)

单位矩阵

“单位矩阵” 在矩阵中的意思是和数字里 “1” 的意思相若的:

单位矩阵
3x3 单位矩阵

  • 它是 “方形”的(相同数目的行和列),
  • 它有 1 在对角线上,0 在所有其他位置上,
  • 它的 符号是大写字母 I

接着我们尽力去把 “A” (在左边的矩阵)变成单位矩阵。我们的目标是把矩阵 A 的对角线变成全是 1,而在所有其他位置都是 0 (单位矩阵)。。。。。。在右边的矩阵也做同样的运算。

我们只能做这些 “初等行运算”

  • 对换两行的位置
  • 把一行里的每个元素乘以或除以一个常数
  • 把一行加上另一行的倍,并取代前者。

以上一定要以全行运算,像这样:

矩阵行运算

先把 A 写在 I 左边

把 行2 加到 行1 上,

把 行1 乘以 5,

把第一行的两倍从第二行减去,

把第二行乘以 -1/2,

把第二和第三行对换位置,

最后,把第三行从第二行减去,

做好了!

矩阵 A 变成单位矩阵。。。。。。

。。。。。。同时单位矩阵便成 A-1

逆矩阵 A

大功告成!像玩魔术一样,和解谜题一样好玩。

注意:没有 “绝对正确” 的方法来做这个,只有不停尝试,直至成功为止。“自古成功在尝试”!

(把这答案与在 用余子式、代数余子式和伴随 来求逆矩阵 里求的逆矩阵比较一下。是不是一样?你喜欢哪个方法?)

较大的矩阵

求较大的矩阵的逆矩阵都是用同样的方法。我们用这个 4x4 矩阵来试试:

矩阵 B

开始:

增广矩阵 B

试试自己来做(我一开始会把第一行除以 4,但你可随意用你自己的方法)。

矩阵计算器来检测答案 (”inv(A)” 键)。

为什么这能行

![8\ 1 变成 1\ (1/8)](https://www.shuxuele.com/algebra/images/matrix-gauss-jordan5.svg) 我是这样想:当我我们把 “8” 除以 8 来变成 “1”,而同时也对 “1” 做相同的运算,它就变成 “1/8”而 “1/8” 是 8 的(乘)
![矩阵 A \ I 变成 I \ A 逆矩阵](https://www.shuxuele.com/algebra/images/matrix-gauss-jordan7.svg) 用比较专业的语言来说: 所有行运算的效果 是相等于 乘以 A-1故此,A 变成 I (因为 A-1A = I) 而同时, I 变成 A-1 (因为 A-1I = A-1)