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知识点七:分块乘法的初等变换及应用举例


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.

,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.

可逆,求.

易知

.

,

可逆,可逆,试证存在,并求.

.

而右端仍可逆,故存在.

再由例,知

  证明行列式的乘积公式.

.                  

矩阵,作

,这里矩阵,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§

的右端可经个两列对换变成

这就证明了

.

  设  ,且

则有下三角形矩阵使

                    上三角形矩阵.

证明  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.

作如下分块,

.

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.

 

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