初等矩阵的逆矩阵是初等矩阵

初等矩阵的逆矩阵是初等矩阵

这句话是正确的。在证明这句话之前,先说明两个概念:

关于初等矩阵:

初等矩阵是指,由单位矩阵经过一次矩阵初等变换得到的矩阵。

初等变换有三种

(1)交换矩阵中某两行(列)的位置;

(2)用一个非零常数k乘以矩阵的某一行(列);

(3)将矩阵的某一行(列)乘以常数k后加到另一行(列)上去。

关于逆矩阵:

设A是数域上的一个n阶方阵,若在相同数域上存在另一个n阶矩阵B,使得: AB=BA=E。 则我们称B是A的逆矩阵,而A则被称为可逆矩阵。


证明:(默认讨论的所有方阵阶数相同且为n)

引理一:任一方阵M经过一次初等变换变为矩阵M',则M'可以经过一次初等变换得到M。

对于(1)情况,再次交换已交换的两行(列)。对于(2),用1/k乘以同一行(列)。对于(3),将同一行(列)乘以常数-k后加到另一行(列)上。三种变换都可以使矩阵复原。

为了证明方便,若将一个初等变换记作f,则将根据上述规则得到的逆变换记作f*,可以得到f*也是初等变换,且f*(f(M))=M。


引理二:方阵A,B,C满足AB=C,若对C进行一次初等变换,则可以对A或B其中一个进行一次初等变换,使得等式仍然成立。

首先给出矩阵乘法公式:

C(ij)=sigma(k=1->n)(A(ik)*B(kj))【sigma为求和符号】

这里给出方法:设C的变换为f,则若f操作的是行,则对A进行f操作;若f操作的是列,则对B进行f操作。

根据初等操作的三个类型可以知道,每一种初等操作对应的是两个行或列【把(2)看成另找一行(列),乘以常数1,这样看成对两行(列)进行操作】。若操作的是a行与b行,对C'中a行的第i个元素,都是由A'的a行的对应元素乘B的i列的对应元素乘积求和得到,b行同理。求解相同列数j处的元素,B(kj)的各项的值在变换前后不变;由于两个变换都是线性的变换【A'(ak)=mA(ak)+nA(bk);A'(bk)=m'A(ak)+n'A(bk)】,所以可以得到:(A'B)(aj)=sigma(k=1->n)(A'(ak)*B(kj))=sigma(mA(ak)B(kj)+nA(bk)B(kj)),而C'(aj)=sigma(m(C(ak))+n(C(bk)))=sigma(mA(ak)B(kj)+nA(bk)B(kj)),(A'B)(nj)同理,所以操作行时是正确的。操作列时证明过程几乎完全相同,从略。


正式证明:设方阵M可逆,逆矩阵M',若M是初等矩阵,求证:M'是初等矩阵

分操作行、操作列讨论。

行:因为M是初等矩阵,所以存在初等变换f,使得M=f(E)。根据引理二和M'M=E推出f(M')M=f(E)=M。f(M')=E满足这个条件,且若将乘法所有的方程列出来,则会有n*n个方程,f(M')矩阵的元素共有n*n个,得到一线性方程组,且一般是有唯一解的(暂不考虑无穷解的情况)。因此得到f(M')=E。根据引理一,可以得到f*(f(M'))=M'=f*(E),所以M'也是一个初等矩阵。

列:根据引理二和MM'=E得到了Mf(M')=f(E)=M,后同。

因此,命题得证。


第一次写这么大的证明,如有纰漏请指正,谢谢

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第1个回答  推荐于2017-11-23
你好!是的,初等矩阵的逆矩阵是同类型的初等矩阵。经济数学团队帮你解答,请及时采纳。谢谢!本回答被网友采纳
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