原创--秩为1的矩阵相关性质

行(列)满秩矩阵的性质及其应用

摘要 本文将行（列）满秩矩阵的性质与可逆矩阵（即满秩矩阵）的相关性质进行比较，归纳出行（列）满秩矩阵在解线性方程组、矩阵秩的证明及矩阵分解等方面的若干应用，使其不受方阵的正方性限制，而应用起来又与可逆矩阵相差无几。 关键词：可逆矩阵；行(列)满秩矩阵；矩阵的秩；线性方程组

Abstract This article will row (column) the nature of the full rank matrix and invertible matrix (i.e. full rank matrix) properties of comparison, induction travel (column) full rank matrix in solving linear equations, the proof of matrix rank and some applications of matrix decomposition, etc.to make it without being limited by a phalanx of tetragonality, and used up and reversible. Key words: Invertible matrix; Row (column) full rank matrix; Matrix rank; The System of linear equations.

目录 1 引言 (1) 2 预备知识 (2) 3 可逆矩阵的性质及其应用 (3) 4 行（列）满秩矩阵的性质 (5) 5 行（列）满秩矩阵的若干应用 (11) 5.1 在矩阵秩的证明中的应用 (11) 5.2 在齐次线性方程组中的应用 (12) 5.3 在非齐次线性方程组中的应用 (15) 5.4 在几类特殊矩阵分解方面的应用 (17) 参考文献 (20)

关于矩阵秩的证明

关于矩阵秩的证明 -----09数应鄢丽萍 中文摘要 在高等代数中,矩阵的秩是一个重要的概念。它是矩阵的一个数量特征，而且在初等变换下保持不变。关于矩阵秩的问题,通常转化为矩阵是否可逆,线性方程组的解的情况等来解决。 所谓矩阵的行秩就是指矩阵的行向量组的秩，矩阵的列秩就是矩阵的列向量组的秩，由于矩阵的行秩与列秩相等，故统称为矩阵的秩。向量组的秩就是向量组中极大线性无关组所含向量的个数。 关键词：初等变换向量组的秩极大线性无关组

约定用E 表示单位向量，A T 表示矩阵A 的转置，r(A)表示矩阵A 的秩。在涉及矩阵的秩时，以下几个简单的性质： （1） r(A)=r(A T ); （2） r(kA)=? ??=≠0 00 )(k k A r （3） 设A,B 分别为n ×m 与m ×s 矩阵，则 r(AB)≤min{r(A),r(B),n,m,s} (4) r(A)=n,当且仅当A ≠0 (5) r ???? ??B O O A =r(A)+r(B)≤r ??? ? ??B O C A (6) r(A-B)≤r(A)+r(B) 矩阵可以进行加法，数乘，乘法等运算，运算后的新矩阵的秩与原矩阵的秩有一定关系。

定理1：设A,B 为n ×n 阶矩阵，则r(A+B)≤r(A)+r(B) 证: 由初等变换可得 ???? ??B O O A →???? ??B A O A →???? ??+B B A O A 即???? ??E E O E ???? ??B O O A ???? ??E E O E =??? ? ??+B B A O A 由性质5可得 r ???? ??B O O A =r ??? ? ??+B B A O A 则有r(A)+r(B)≥r(A+B) 定理2（sylverster 公式）设A 为s ×n 阶矩阵，B 为n ×m 阶矩阵，则有r(A)+r(B)-n ≤r(AB) 证：由初等变换可得 ???? ??O A B E n →? ??? ??-AB O B E n →???? ??-AB O O E n 即? ??? ??-s n E A O E ??? ? ??O A B E n ? ??? ? ?-m n E O B E ＝???? ??-AB O O E n 则r ???? ??O A B E n =r ??? ? ??-AB O O E n 即r(A)+r(B)-n ≤r(AB)

矩阵的秩的性质

矩阵的秩的性质和 矩阵秩与矩阵运算之间的关系 要谈矩阵的秩，就得从向量组的秩说起，向量组的秩，简而言之就是其极大无关组里向量的个数。进而扩展到线性方程组，在线性方程组的概念中（课本P90）定理1说：“线性方程组有解的充要条件是，它的系数矩阵和增广矩阵有相同的秩。” 那么不妨把矩阵用向量组的方式来看，则有行秩和列秩，一个矩阵的行秩和列秩相同，而其初等变换又不会改变秩。自然而然，我们就得到了一个判断矩阵秩的方法，就是将它转化为阶梯形矩阵，非零行数目即其秩。矩阵进一步发展就是运算了，包括数乘、加减、乘积等，又涉及到单位矩阵、三角矩阵、可逆矩阵以及矩阵的分块等概念，综合所学，我们得到如下性质： 1、矩阵的初等变换不改变秩，任一矩阵的行秩等于列秩。 2、秩为r 的n 级矩阵（n r ≥），任意r+1阶行列式为0，并且至少有一个r 阶子式不为0. 3、)}(),(min{)(B rank A rank AB rank ≤ )'()(A r a n k A r a n k =，)()()(B rank A rank B A rank ±=± )()(A rank kA rank = 4、设A 是n s ?矩阵，B 为s n ?矩阵，则+)(A rank )}(),(min{)()(B rank A rank AB rank n B rank ≤≤- 5、设A 是n s ?矩阵，P,Q 分别是s,n 阶可逆矩阵，则 )()()(A rank AQ rank PA rank ==

6、设A 是n s ?矩阵，B 为s n ?矩阵，且AB=0，则 n B rank A rank ≤+)()( 7、设A 是n s ?矩阵，则)()'()'(A rank A A rank AA rank == 其中，也涉及到线性方程组解得问题： 8、对于齐次线性方程组，设其系数矩阵为A ，n A rank =)( 则方程组有惟一非零解，n A rank <)(则有无穷多解，换言之，即为克莱姆法则， 非齐次线性方程组有解时，n A rank =)(惟一解，n A rank <)( 有无穷多解。 还有满秩矩阵： 9、可逆?满秩 10、行（列）向量组线性无关，即n 级矩阵化为阶梯形矩阵后非零行数目为n 。 扩展到矩阵的分块后： 11、110(A )(A )0n n A rank rank rank A ?? ?=++ ? ??? 12、()()0A C rank rank A rank B B ??≥+ ???

(线性代数)矩阵秩的8大性质、重要定理以及关系

矩阵秩的8大性质: ①A,宀)冬mini加小I ; ③若A?叭则R(A) = K(B)j ④若可逆?则R(PAQ) = R(A), 下面再介绍几个常用的矩阵秩的性质： ⑤maxi R( A )>R(B)|^J R(A t B)^J R(A) + P (B), 特别地，当 B = b为非零列向量时，有 R(A)MR(A』)MR(A)+ 1. ⑦R(AB)^min{K(A)t K(B)|,(见下节定理7) ⑧若A…B“二0,则R(A) + R(B)Mm(见下章例13) 设AB= O■若A为列满秩矩阵，则B-0.

线性方程组的解: 定理3 H元线性方程组A x=& (i)无解的充分必要条件是K(A)CR(A』)； (ii)有惟一解的充分必要条件是R(A) = R(A,b)=n; (iii)有无限多解的充分必要条件是R(A) = R(A』)Cr?? 定理4 n元齐次线性方程组Ax=OW零解的充分必要条件是R(A)Cm ￡35翹方聽AE鬧械酬髓件默⑷=R(A" 定理6解方gAX=￡有解的充分必要条件是R(A) = R(A,B). 定理7 ?AB = C,则R(C)Wmin|R(A),R(B)h

向量组的线性相关性: 定鰹1向跖能由向量组严心线憐示的充分必要桑件是 j￡^A=(a H fl J1?

矩阵的秩及其求法

第五节：矩阵的秩及其求法 一、矩阵秩的概念 1. k 阶子式 定义1 设 在A 中任取k 行k 列交叉处元素按原相对位置组成的 阶行列式，称为A 的一个k 阶子式。 例如 共有 个二阶子式，有 个三阶子式 矩阵A 的第一、三行，第二、四列相交处的元素所构成的二阶子式为 而 为 A 的一个三阶子式。显然， 矩阵 A 共有 个 k 阶子式。 2. 矩阵的秩 定义2 设 有r 阶子式不为0，任何r +1阶子式(如果存在的话)全为0 , 称r 为矩阵A 的秩，记作R (A )或秩(A )。 规定： 零矩阵的秩为 0 . 注意：(1) 如 R ( A ) = r ，则 A 中至少有一个 r 阶子式 所有 r + 1 阶子式为 0，且更高阶子式均为 0，r 是 A 中不为零的子式的最高阶数，是唯一的 . (2) 有行列式的性质， (3) R(A ) ≤m , R (A ) ≤n , 0 ≤R (A ) ≤min { m , n } . (4) 如果 An ×n , 且 则 R ( A ) = n .反之，如 R ( A ) = n ,则 因此，方阵 A 可逆的充分必要条件是 R ( A ) = n . 二、矩阵秩的求法 1、子式判别法(定义)。 例1 设 为阶梯形矩阵，求R (B )。 解 由于 存在一个二阶子式不为0，而任何三阶子式全为0，则 R (B ) = 2. 结论：阶梯形矩阵的秩=台阶数。 例如 一般地，行阶梯形矩阵的秩等于其“台阶数”—— 非零行的行数。 () n m ij a A ?={}),min 1(n m k k ≤≤?? ?? ? ? ?----=11 145641321A 182423=C C 43334=C C 10122--=D 1 1564321 3-=D n m ?k n k m c c () n m ij a A ?=0,r D ≠()(). T R A R A =0,A ≠0. A ≠?? ? ?? ??=000007204321B 0 2021≠????? ??=010*********A ????? ??=001021B ????? ??=10 010011 C 1 250 3400 0D ?? ? = ? ?? ?2 123508153000720 0E ?? ? ?= ? ??? ()3=A R ()2=B R ()3=C R ()2 R D =()3 R E =

矩阵的秩的性质以及矩阵运算和矩阵的秩的关系

高等代数第二次大作业 1120133839 周碧莹30011303班 矩阵的秩的性质 1.阶梯型矩阵J的行秩和列秩相等，它们都等于J的非零行的数目；并且J的主元所在的列构成列向量的一个极大线性无关组。 2.矩阵的初等行变换不改变矩阵的行秩。 证明：设矩阵A的行向量组是a 1，…,a s. 设A经过1型初等行变换变成矩阵B， 则B的行向量组是a 1，…,a i ,ka i +a j ,…,a s .显然a 1 ，…,a i ,ka i +a j ,…,a s 可以 由a 1，…,a s 线性表处。由于a j =1*(ka i +a j )-ka i ,因此a 1 ，…,a s 可以由 a 1，…,a i ,ka i +a j ,…,a s 线性表处。于是它们等价。而等价的向量组由相同的 秩，因此A的行秩等于B的行秩。 同理可证2和3型初等行变换使所得矩阵的行向量组与原矩阵的行向量组等价，从而不改变矩阵的行秩。 3.矩阵的初等行变换不改变矩阵的列向量组的线性相关性。 证明：一是为什么初等行变换不改变列向量的线性相关性?二是列向量进行初等行变换后，为什么可以根据行最简形矩阵写出不属于极大无关组的向量用极大无关组表示的表示式? 第一个问题： 设α1，α2，…，αn是n个m维列向量，则它们的线性相关性等价于线性方程组AX=0(其中A=(α1，α2，…，αn)，X=(x1，x2，…，xn)T)是否有非零解，即α1，α2，…，αn线性相关等价于AX=0有非零解，α1，α2，…，αn 线性无关等价于AX=0只有零解。而对A进行三种行初等变换分别相当于对线性方程组中的方程进行：两个方程交换位置，对一个方程乘一个非零常数，将一个方程的常数倍对应加到另一个方程上。显然进行三种变换后所得方程组与原方程组同解，若设所得方程组为BX=0，则B即为对A进行行初等变换后所得矩阵。B 的列向量的线性相关性与BX=0是否有解等价，也就是与AX=0是否有解等价，即与A的列向量的线性相关性等价! 第二个问题以一个具体例子来说明。 例：设矩阵，求A的列向量组的一个极大无关组，并把不属于极大无关组的列向量用极大无关组线性表示。

矩阵的秩的性质

矩阵秩与矩阵运算之间的关系 要谈矩阵的秩，就得从向量组的秩说起，向量组的秩，简而言之就是其极大无关组里向量的个数。进而扩展到线性方程组，在线性方程组的概念中（课本P90）定理1说：“线性方程组有解的充要条件是，它的系数矩阵和增广矩阵有相同的秩。” 那么不妨把矩阵用向量组的方式来看，则有行秩和列秩，一个矩阵的行秩和列秩相同，而其初等变换又不会改变秩。自然而然，我们就得到了一个判断矩阵秩的方法，就是将它转化为阶梯形矩阵，非零行数目即其秩。矩阵进一步发展就是运算了，包括数乘、加减、乘积等，又涉及到单位矩阵、三角矩阵、可逆矩阵以及矩阵的分块等概念，综合所学，我们得到如下性质： 1、矩阵的初等变换不改变秩，任一矩阵的行秩等于列秩。 2、秩为r的n级矩阵（），任意r+1阶行列式为0，并且至少有一个r阶子式不为0. 3、， 4、设A是矩阵，B为矩阵，则 5、设A是矩阵，P,Q分别是s,n阶可逆矩阵，则 6、设A是矩阵，B为矩阵，且AB=0，则 7、设A是矩阵，则

其中，也涉及到线性方程组解得问题： 8、对于齐次线性方程组，设其系数矩阵为A， 则方程组有惟一非零解，则有无穷多解，换言之，即为克莱姆法则，非齐次线性方程组有解时，惟一解， 有无穷多解。 还有满秩矩阵： 9、可逆满秩 10、行（列）向量组线性无关，即n级矩阵化为阶梯形矩阵后非零行数目为n。 扩展到矩阵的分块后： 11、 12、 证明： 1、先证明初等变换不会改变秩，就先从行秩开始。 设矩阵A的行向量组是，设A经过初等变换j+i*k变成矩阵B，则B 的行向量组是，显然， 可由线性表出，由于，因此也可由线性表出，于是它们等价，而等价向量组有相同的秩，因此A的行秩等于B的列秩。 容易证明，型和型初等变换亦使所得矩阵的行向量组与原矩阵等价，

矩阵的秩的性质与应用论文1

* * * * 学院 学生毕业论文 （ 2012 届） 题目（中文）矩阵的秩的性质与应用 （英文）The properties and applications of matrix rank 专业：数学与应用数学班级：姓名：学号: 指导教师： ****学院教务处制 ****学院教务处制 诚信声明 我声明，所呈交的毕业论文是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果.据我查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，我承诺，论文中的所有内容均真实、可信. 毕业论文作者签名：签名日期：年月日 摘要：本文探讨了矩阵的秩的不变性，矩阵秩的Sylvester与 Frobenius 不等式及其等式成立的条件及应用，矩阵秩与矩阵运算的关 系，与矩阵可逆的关系，与向量组的线性相关、与零特征值代数重数的关系等一些性质．从而得到矩阵的秩在线性代数方面，解析几何，概率论等中的应用． 关键词：矩阵秩；矩阵秩不变性；矩阵秩不等式；矩阵秩恒等式； 线性方程组；零特征值代数重数；齐次线性方程组 Abstract: This article discuss the invariant of matrix rank, Sylvester and Frobenius inequality and the condition of its equality, and the relationship of matrix operations and matrix rank, the relation ship of invertible matrix and matrix rank, and the vectors of linear correlation, and zero Eigen valu e algebra and heavy number relation and so on. Thus we can obtain the rank of matrix’s applicatio n in linear algebra, analytic geometry, probability theory and so on. Keyword: matrix rank; invariance of matrix rank; rank of matrix inequalities; rank of matrix equal ities; linear equations; zero Eigen value algebra and heavy number; homogeneous linear equations . 目录 1 矩阵秩的性质 (2) 1.1矩阵的秩的不变性.......................................................................................... 2 1.2 矩阵的秩的一些基本性质........................................................................... 7 1.3矩阵的秩与矩阵的运算.................................................................................. 7 1.4 关于矩阵的秩的一些不等式等式及其应用................................................. 8 1.5 矩阵的秩与可逆........................................................................................... 12

矩阵的秩与特征值有什么关系

矩阵的秩与特征值有什么关系 为讨论方便，设A为m阶方阵。 证明：设方阵A的秩为n，因为任何矩阵都可以通过一系列初等变换，变成形如 1 0 ... 0 0 0 1 ... 0 0 ………………… 0 0 ... 1 0 0 0 ... 0 0 ………………… 0 0 ... 0 0 的矩阵，称为矩阵的标准形（注：这不是二次型的对称矩阵提到的标准形）。本题讨论的是方阵，就是可以通过一系列初等行变换的标准形为主对角线前若干个是1；其余的是若干个0以及除对角线以外的元素都是0。 设A的标准形为B。 因为“m×m阶矩阵构成的数域P上的线性空间”与“该线性空间上的全体线性变换在数域P上的线性空间”同构。所以研究得到线性空间的性质可以照搬到线性变换空间上应用，从同构的意义上说，他们是“无差别”的。（由于线性变换符号的字体不能单独以花体字体区别，所以用形如“线性变换A”，表示线性变换用形如“矩阵A”，表示线性变换的矩阵） 前面知识应该提到的内容： 一系列初等矩阵的乘积是非退化的，初等变换不改变矩阵的秩，初等变换是可逆的。所以矩阵B的秩（1的个数），就是矩阵A的秩，就是n。因为可逆且不改变秩，所以讨论矩阵B的情况，可以应用到矩阵A上。我们随即看到，如果线性变换B（或者说矩阵B）的秩是n，则线性变换B就是对线性空间的前n个基做恒等映射（因为基向量组没有秩序，我们取前n个不会有原则性的问题），后m-n个基做零变换，所构成的线性变换，线性变换B的特征多项式是(λ-1)^n，就可以快速找到n个线性无关的特征向量，这些特征向量直接取线性空间的前n 个基就可以了。 我们得到的结论是，线性变换B秩是多少，就一定找到有多少个线性无关的特征向量。因为一个特征向量只能属于一个特征值，所以有多少个线性无关的特征向量，就有多少个特征值（不管你的特征值是不是一样）。这里有n个1，都是一样的（从特征多项式也知道有n个重根）。因为非退化的线性替换不改变空间的维数，不改变矩阵的秩。 下面我们解释重根为什么按重数计算，对矩阵B做初等行变换，第i行乘以数域P上的数k≠1（当然，如果k=1纯属脱裤子放屁），我们的特征多项式变为(λ-1)^(n-1)*(λ-k)，其它初等变换相应类推。 借用学物理的思维，一个变换莫测的关系中，寻找守恒量是什么？这个是有意义的。而做这样的非退化的线性变换变换，虽然特征值会随之改变，但是守恒量是一定能找到n个线性无关的特征向量，其个数就是矩阵B（线性变换B）的秩是不变的。这样我们就发现了守恒量，至于属于不同特征向量的特征值是否相等，纯属巧合，无意义。有多少个碰巧相等的都无所谓，有多少个相等（相当于特征多项式的几次方），就当然重复计算。

浅谈矩阵的秩

目录 摘要 (1) Abstract (1) 前言 (1) 1.矩阵的秩的概念 (1) 2.秩的求法[]1 (2) 2.1子式判别法 (2) 2.2初等变换法 (2) 3．矩阵的秩的应用 (2) 3.1方程组与矩阵的秩 (2) 3.1.1判断齐次线性方程组有非零解[]3 (2) 3.1.2判断非齐次线性方程组的解 (3) 3.1.3线性方程组有解 (3) 3.2矩阵运算与矩阵的秩 (4) 3.2.1加法 (4) 3.2.2 乘法 (4) 3.3可逆矩阵与矩阵的秩 (4) 结束语 (5) 参考文献 (5)

浅谈矩阵的秩 摘 要: 矩阵的秩，是矩阵最重要的数字特征之一。矩阵的很多性质可以通过矩阵的秩来刻画。基于矩阵的秩在高等代数学中的重要性，本文系统总结了矩阵的秩的基本性质，求法及其应用。 关键词: 矩阵的秩；线性方程组；初等变换，可逆矩阵 Matrix rank Abstract: Matrix rank, it is one of the most important characteristics of digital matrix. Many properties of matrix rank of the matrix to depict. Based on the matrix rank in higher algebra, the importance of system in this paper summarizes the basic properties of the rank of matrix, the calculation methods and their applications. Keywords : matrix rank; System of linear equations; Elementary transformation, reversible matrix. 前言 矩阵是数学中的一个重要的基本概念，也是应用数学研究的一个重要工具。矩阵的理论是线性代数的主要组成部分，也是线性方程组的理论基础。而在矩阵的理论中，矩阵的秩是一个基本的概念，也是矩阵最重要的数量特征之一，它在初等变换下是一个不变量。它反映矩阵固有特性的一个重要概念。 1.矩阵的秩的概念 一个向量组的极大线性无关组所含向量的个数称为这个向量组的秩。所谓矩阵的行秩就矩阵的行向量组的秩，矩阵的列秩就是矩阵的列向量组的秩。矩阵的行秩等于矩阵的列秩，并统称为矩阵的秩，记作R （A ） 例如，矩阵 113102-14A=00050 000???????????? 的行向量组是 1α ＝（1,1,3,1） 2α ＝（0,2,-1,4） 3α ＝（0,0,0,5） 4α ＝（0,0,0,0） 可以证明，1α，2α，3α，是向量组1234αααα，，，的一个极大线性无关组，事实上，由 112233k k k ααα++=0可得1230k k k ===,这就证明了123ααα，，线性无关。因为4α是零向量，所以添上4α后就线性相关了。因而向量组的秩为3，即向量组的行秩为3。A 的列向量组是 1β=（1,0,0,0）， 2β=（1,2,0,0）， 3β=（3，-1,0，0）， 4β=（1,4,5,0）