高等数学(高教版)第八章λ 矩阵第三节课件..ppt
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主要内容 第三节 不变因子 行列式因子 标准形的唯一性 举例 不变因子 ? - 矩阵可逆的条件 一、行列式因子 在上一节,我们讨论了 ? - 矩阵的标准形,其 主要结论是:任何 ? - 矩阵都能化成标准形. 但是 矩阵的标准形是否唯一呢? 答案是肯定的. 为了证 明唯一性,要引入矩阵的行列式因子的概念. 1. 定义 定义 5 设 ? - 矩阵 A(?) 的秩为 r ,对于正整 数 k,1? k ? r , A(?) 中必有非零的 k 级子式. A(?) 中全部 k 级子式的首项系数为 1 的最大公因式 Dk(?) 称为 A(?) 的 k 级行列式因子. 由定义可知,对于秩为 r 的 ? - 矩阵,行列式 因子一共有 r 个. 行列式因子的意义就在于,它在 初等变换下是不变的. 2. 行列式因子的性质 定理 3 等价的 ? - 矩阵具有相同的秩与相同 的各级行列式因子. 证明 我们只要证明,? - 矩阵经过一次初等 行变换,秩与行列式因子是不变的. 设 ? - 矩阵 A(?) 经过一次初等行变换变成 B(?) , f(?) 与 g(?) 分别是 A(?) 与 B(?) 的 k 级行列式因子. 我们证明 f(?) = g(?) . 下面分三种情形讨论. 1) A(?) 经初等行变换 (1) 变成 B(?) . 这时 B(?) 的每个 k 级子式或者等于 A(?) 的某个 k 级子式, 者与 A(?) 的某一个 k 级子式反号, 因此 f(?) 是B(?) 的 k 级子式的公因式,从而 f(?) | g(?) . 2) A(?) 经初等行变换 (2) 变成 B(?) . 这时 B(?) 的每个 k 级子式或者等于 A(?) 的某个 k 级子式, 者等于 A(?) 的某一个 k 级子的 c 倍 , 因此 f (?) 是 B(?) 的 k 级子式的公因式,从而 f(?) | g(?) . 或 或 3) A(?) 经初等行变换 (3) 变成 B(?) . 这时 B(?) 中那些包含 i 行与 j 行的 k 级子式和那些不包含i 行 的 k 级子式都等于 A(?) 中对应的 k 级子式; B(?)中 那些包含 i 行但不包含 j 行的 k 级子式,按 i 行分 成两部分,而等于 A(?) 的一个 k 级子式与另一个 k 级子式的 ? ? (?) 倍的和,也就是 A(?) 的两个 k 级子式的组合. 因此 f (?) 是 B(?) 的 k 级子式的公 因式,从而 f(?) | g(?) . 对于列变换,可以完全一样地讨论. 总之,如 果 A(?) 经一次初等变换变成 B(?) ,那么 f(?) | g(?) . 但由于初等变换是可逆的, B(?) 也可以经一次初 等变换变成 A(?) . 由上面的讨论,同样应有 g(?) | f(?) . 于是 f(?) = g(?) . 当 A(?) 的全部 k 级子式为零时,B(?) 的全部 k 级子式也就为零; 反之亦然. 因此, A(?) 与 B(?) 既有相同的各级行列式因 子,又有相同的秩. 证毕 二、标准形的唯一性 1. 标准形的行列式因子 设标准形为 其中 d1(?) , d2(?) , … , dr(?) 是首项系数为 1 的多项 式,且 di (?) | di+1 (?) ( i = 1, 2, … , r-1 ) . 不难证明, 在这种形式的矩阵中,如果一个 k 级子式包含的行 与列的标号不完全相同,那么这个 k 级子式一定为 零. 因此,为了计算 k 级行列式因子,只要看由 i1 , i2 , …, ik 行与 i1 , i2 , …, ik 列 (1? i1?i2?…?ik ? r) 组成的 k 级子式就行了, 而这个k 级子式等于 显然,这种 k 级子式的最大公因式就是 2. 标准形的唯一性 定理 4 ? - 矩阵的标准形是唯一的. 证明 设 (1) 是 A(?) 的标准形. 由于A(?) 与 (1) 等价,它们有相同的秩与相同的行列式因子, 因此, A(?) 的秩就是标准形的主对角线上非零元 素的个数 r ; A(?) 的 k 级行列式因子就是 于是 (3) 这说明 A(?) 的标准形 (1) 的主对角线上的元素是被 A(?) 的行列式因子所唯一确定的,所以 A(?) 的标 准形是唯一的. 证毕 三、不变因子 1. 定义 定义 6 标准形的主对角线上非零元素 d1(?) , d2(?) , … , dr(?) 称为 ? - 矩阵 A(?) 的不变因子. 2. 性质 定理 5 两个 ? - 矩阵等价的充分必要条件是 它们有相同的行列式因子,或者,它们有相同的 不变因子. 证明 给出了 ? -
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