乙個矩陣列滿秩意味著什麼,能全面總結嗎?

時間 2021-06-03 05:22:38

1樓:

想想二元一次方程組,兩個方程係數如果線性相關的話,等於說這倆方程其實能代表的只有乙個有效線索,方程組的解也不是唯一的。如果兩個方程線性無關,它倆有兩個有效線索,方程組的解是唯一的。

n行m列矩陣可以看成n個方程m個未知數組成的齊次方程組。滿秩,就是n個方程係數都線性無關,不能被其他方程代替以後消除。

如果有效方程的個數等於未知數的個數,這個時候齊次方程組只有唯一0解。

2樓:

推薦看一下我的部落格文章:線性代數拾遺(一 ):線性方程組、向量方程和矩陣方程,這裡面有比較詳細的解釋,部分摘錄如下,直接貼上過來的,公式排版可能有些亂,還請見諒。

首先,矩陣本身是用來解線性方程組的工具。

線性方程組

可以用向量方程表示:

而向量方程可以轉化為矩陣方程表示:

,其中,

如此,我們就可以在矩陣的範圍內來解線性方程組。

向量的線性組合可以看作向量與矩陣的乘積,比如乙個 m×n 的矩陣A,各列為a1,,an,而 x 為 n 維向量,則有矩陣方程:

由矩陣方程的定義,我們可以得出:方程Ax=b有解當且僅當b為A中列的線性組合。又因為這些列向量的所有線性組合構成了乙個空間(列空間)Span,向量b是否存在於這個空間,就等價於Ax=b有解。

設 ,求方程Ax=b是否對 b1,b2,b3 的所有取值都有解?

我們首先對增廣矩陣化簡:

可以看出,當b取某些值時,不等於0,於是就會有無解的情況。只有當 時,方程才有解。注意,這個式子在幾何中表示三維中的乙個平面, 結合Ax=b,這個平面就是A中列向量線性組合構成的集合。

本來b是三維的向量,如果沒有限制的話它可以表示整個三維空間,然而,在這個空間中,一大部分都不滿足使Ax=b有解。這僅剩的乙個平面就是A的列向量所能張成的全部空間。這些三維列向量最終張成了乙個二維平面。

觀察行最簡形式矩陣,可以知道,之所以b的一些取值造成矩陣方程無解,是因為係數矩陣A中最後一行沒有主元,在行最簡形式中變成了形如 [0 0 0 b] 的行。如果係數矩陣 A中每一行都有主元的話,那麼就不會出現無解的情況。

反過來看,當 n 個 m 維列向量能張成 時(即矩陣A 滿秩),就說明對任意 ,方程Ax=b都有解,也就是說, 空間中的任意向量,都可以由A的列線性表示。

矩陣可以按列分解為若干個向量的組合,得到矩陣的列空間。

列空間在分析矩陣中各列向量的線性相關性時很有幫助:只有各列線性無關時,這 n 個列才能張成 n 維空間,這時就說這個矩陣的秩為 n;而假如這裡面有 1 列和其他某列線性相關,那麼這 n 個列就只能張成 n1 維空間,這個矩陣的秩就是 n1;也就是說,矩陣的秩說明了這個矩陣的列向量最多能張成多少維

反過來,也可以通過幾何來幫助理解下不滿秩的情況。如下圖所示,A=[a1a2a3],由於這 3 個向量線性相關(原答案說的「其中2個向量線性相關」有誤,感謝 @曦晗吖 和 @三宅公尺吉 提醒更正),導致 3 個列向量只能張成 2 維,因此A的秩為 2。所以Ax得不到任意三維向量b,也就是Ax=b並不對所有b成立(只有bA列空間中的向量時才成立)。

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