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将分块乘法与初等变换结合就成为矩阵运算中极端重要的手段.现将某个单位矩阵如下进行分块:
对它进行两行(列)对换;某一行(列)左乘(右乘)一个矩阵;一行(列)加上另一行(列)的
的倍数,就可得到如下类型的一些矩阵:
和初等矩阵与初等变换的关系一样,用这些矩阵左乘任一个分块矩阵
只要分块乘法能够进行,其结果就是对它进行相应的变换:
,
,
同样,用它们右乘任一矩阵,进行分块乘法是也有相应的结果,我们不写了.
在中,适当的选择
,可使
. 例如
可逆时,选
,则
. 于是
的右端成为
.
这种形状的矩阵在求行列式、逆矩阵和解决其它问题时是比较方便的,因此中的运算非常有用.
下面举些例子看看这些公式的应用.
例
,
可逆,求
.
由
及
易知
例
,
设可逆,
可逆,试证
存在,并求
.
由
.
而右端仍可逆,故存在.
再由例,知
作
.
设,
为
矩阵,作
,
,这里
为
矩阵,除了第
行第
列元素为
外,其他元素皆为零. 则由初等矩阵与初等变换的关系,易知右端为
.
又由所对应的初等变换是某行加上另外一行的倍数,它不改变行列式的值,故
.(第二章§
例
)
但的右端可经
个两列对换变成
,
故
这就证明了
.
例 设
,且
,
,
则有下三角形矩阵使
上三角形矩阵.
证明 对作归纳法. 当
时,一阶矩阵既是上三角形又是下三角形. 故命题自然成立.
设对命题为真,我们来看
,
它仍满足命题中所设的条件. 由归纳法假设,有下三角形矩阵满足
=上三角形矩阵.
对作如下分块,
则
在作
这时矩阵已成为上三角形了. 将两次乘法结合起来就得到:
.
此即所要的下三角矩阵.