线性代数的复习方法与技巧
发布时间: 2013-03-27   浏览次数: 480

文章来源:工学网

线性代数的主要内容是研究代数学中线性关系的经典理论。由于线性关系是变量之间比较简单的一种关系,而线性问题广泛存在于科学技术的各个领域,并且一些非线性问题在一定条件下 , 可以转化或近似转化为线性问题,因此线性代数所介绍的思想方法已成为从事科学研究和工程应用工作的必不可少的工具。尤其在计算机高速发展和日益普及的今天,线性代数作为高等学校工科本科各专业的一门重要的基础理论课,其地位和作用更显得重要。

线性代数主要研究了三种对象:矩阵、方程组和向量.这三种对象的理论是密切相关的,大部分问题在这三种理论中都有等价说法.因此,熟练地从一种理论的叙述转移到另一种去,是学习线性代数时应养成的一种重要习惯和素质.如果说与实际计算结合最多的是矩阵的观点,那么向量的观点则着眼于从整体性和结构性考虑问题,因而可以更深刻、更透彻地揭示线性代数中各种问题的内在联系和本质属性.由此可见,只要掌握矩阵、方程组和向量的内在联系,遇到问题就能左右逢源,举一反三,化难为易.

一、注重对基本概念的理解与把握,正确熟练运用基本方法及基本运算。

线性代数的概念很多,重要的有:

代数余子式,伴随矩阵,逆矩阵,初等变换与初等矩阵,正交变换与正交矩阵,秩(矩阵、向量组、二次型),等价(矩阵、向量组),线性组合与线性表出,线性相关与线性无关,极大线性无关组,基础解系与通解,解的结构与解空间,特征值与特征向量,相似与相似对角化,二次型的标准形与规范形,正定,合同变换与合同矩阵。

往年常有考生没有准确把握住概念的内涵,也没有注意相关概念之间的区别与联系,导致做题时出现错误。

例如,矩阵A(α1α2αm)B(β1β2…βm)等价,意味着经过初等变换可由A得到B,要做到这一点,关键是看秩r(A)r(B)是否相等,而向量组α1α2…αmβ1β2…βm等价,说明这两个向量组可以互相线性表出,因而它们有相同的秩,但是向量组有相同的秩时,并不能保证它们必能互相线性表现,也就得不出向量组等价的信息,因此,由向量组α1α2…αmβ1β2…βm等价,可知矩阵A(α1α2…αm)B(β1β2…βm)等价,但矩阵AB等价并不能保证这两个向量组等价。

又如,实对称矩阵AB合同,即存在可逆矩阵C使CTACB,要实现这一点,关键是二次型xTAxxTBx的正、负惯性指数是否相同,而AB相似是指有可逆矩阵P使P-1APB成立,进而知AB有相同的特征值,如果特征值相同可知正、负惯性指数相同,但正负惯性指数相同时,并不能保证特征值相同,因此,实对称矩阵相似是合同的充分条件。

线性代数中运算法则多,应整理清楚不要混淆,基本运算与基本方法要过关,重要的有:

行列式(数字型、字母型)的计算,求逆矩阵,求矩阵的秩,求方阵的幂,求向量组的秩与极大线性无关组,线性相关的判定或求参数,求基础解系,求非齐次线性方程组的通解,求特征值与特征向量(定义法,特征多项式基础解系法),判断与求相似对角矩阵,用正交变换化实对称矩阵为对角矩阵(亦即用正交变换化二次型为标准形)

二、注重知识点的衔接与转换,知识要成网,努力提高综合分析能力。

线性代数从内容上看纵横交错,前后联系紧密,环环相扣,相互渗透,因此解题方法灵活多变,复习时应当常问自己做得对不对?再问做得好不好?只有不断地归纳总结,努力搞清内在联系,使所学知识融会贯通,接口与切入点多了,熟悉了,思路自然就开阔了。

例如:设Am×n矩阵,Bn×s矩阵,且AB0,那么用分块矩阵可知B的列向量都是齐次方程组Ax0的解,再根据基础解系的理论以及矩阵的秩与向量组秩的关系,可以有

r(B)≤n-r(A)r(A)r(B)≤n

进而可求矩阵AB中的一些参数

再如,若An阶矩阵可以相似对角化,那么,用分块矩阵处理P-1AP可知An个线性无关的特征向量,P就是由A的线性无关的特征向量所构成,再由特征向量与基础解系间的联系可知此时若λini重特征值,则齐次方程组iE-A)x0的基础解系由ni个解向量组成,进而可知秩r(λiE-A)n-ni,那么,如果A不能相似对角化,则A的特征值必有重根且有特征值λi使秩r(λiE-A)n-ni,若A是实对称矩阵,则因A必能相似对角化而知对每个特征值λi必有r(λiE-A)n-ni,此时还可以利用正交性通过正交矩阵来实现相似对角化。

又比如,对于n阶行列式我们知道:

若|A|=0,则Ax0必有非零解,而Axb没有惟一解(可能有无穷多解,也可能无解),而当|A≠0时,可用克莱姆法则求Axb的惟一解;

可用|A|证明矩阵A是否可逆,并在可逆时通过伴随矩阵来求A-1

对于nn维向量α1α2…αn可以利用行列式|A|=|α1α2…αn|是否为零来判断向量组的线性相关性;

矩阵A的秩r(A)是用A中非零子式的最高阶数来定义的,若r(A)r,则Ar阶子式全为0

求矩阵A的特征值,可以通过计算行列式|λE-A|,若λλ0A的特征值,则行列式|λ0E-A|=0

判断二次型xTAx的正定性,可以用顺序主子式全大于零。

凡此种种,正是因为线性代数各知识点之间有着千丝万缕的联系,代数题的综合性与灵活性就较大,同学们整理时要注重串联、衔接与转换。

三、注重逻辑性与叙述表述

线性代数对于抽象性与逻辑性有较高的要求,通过证明题可以了解考生对数学主要原理、定理的理解与掌握程度,考查考生的抽象思维能力、逻辑推理能力。大家复习整理时,应当搞清公式、定理成立的条件,不能张冠李戴,同时还应注意语言的叙述表达应准确、简明。

线性代数中常见的证明题型有:

证|A|=0;证向量组α1α2…αt的线性相关性,亦可引伸为证α1α2…αt是齐次方程组Ax0的基础解系;证秩的等式或不等式;证明矩阵的某种性质,如对称,可逆,正交,正定,可对角化,零矩阵等;证齐次方程组是否有非零解;线性方程组是否有解(亦即β能否由α1α2…αs线性表出);对给出的两个方程组论证其同解性或有无公共解;证二次型的正定性,规范形等。

总之,数学题目千变万化,有各种延伸或变式,同学们要在考试中取得好成绩,一定要认真仔细地复习,华而不实靠押题碰运气是行不通的,必须要重视三基,多思多议,不断地总结经验与教训,做到融会贯通。