线性代数 — 矩阵求逆的4种方法

线性代数 — 矩阵求逆的4种方法矩阵求逆的 4 种方法

        写在最前面:大多数情况下,我们学习线性代数的目的是求解线性方程组Ax=b,而不是为了求A的逆。单就解方程而言,LU分解是最实用的算法,很少会去求逆,求逆可以说是下下策。

线性代数 --- 矩阵求逆的4种方法

感兴趣的朋友可以参考这篇文章:

別再算逆矩陣了 | 線代啟示錄线性代数 --- 矩阵求逆的4种方法https://ccjou.wordpress.com/2014/06/19/%E5%88%A5%E5%86%8D%E7%AE%97%E9%80%86%E7%9F%A9%E9%99%A3%E4%BA%86/

1,待定系数法 

线性代数 --- 矩阵求逆的4种方法

线性代数 --- 矩阵求逆的4种方法


 2,高斯消元法

已知矩阵A和对应维度的单位矩阵I,先写出增广矩阵A|I,然后对A进行高斯消元,在对A消元的同时,单位矩阵I也在变,直到把A消成单位矩阵,A旁边的单位矩阵也会随之变成A的逆矩阵。

线性代数 --- 矩阵求逆的4种方法


3,用LU分解求矩阵的逆

        跟我们平时用LU分解的结果来解方程不同的是,以往,我们面对的是Ax=b(x和b都是和A同维度的列向量),当我们已经求得了A的LU分解以后,我们会按照先求Ly=b,得到y,再求Ux=y的步骤,得到最终的x。如果,我们使用的是PA=LU的分解,则是先求Ly=Pb,再求Ux=y。而这里,我们面对的是AX=I(X和I都是和A同维度的矩阵,且X就是A-1)。因此,我这里的做法是把单位矩阵中的每一列,都看成是Ax=b中的一个b,同时,也把“未知矩阵”A-1中的每一列看成是Ax=b中的x。

        实际上,我的这个做法也是符合矩阵与矩阵的乘法的意义的,例如AB=C,则,C中的每一列,实际上都是B中的对应列,对A中所有列的线性组合的结果。B的对应列中的每一个元素就是线性组合的权重。

线性代数 --- 矩阵求逆的4种方法

线性代数 --- 矩阵求逆的4种方法


4,伴随矩阵+代数余子式

线性代数 --- 矩阵求逆的4种方法


        前面的四个矩阵求逆方法都是针对2×2矩阵而言的,下面补充一些3×3矩阵上应用。

伴随矩阵法的补充1:

线性代数 --- 矩阵求逆的4种方法

线性代数 --- 矩阵求逆的4种方法


伴随矩阵法的补充2:

线性代数 --- 矩阵求逆的4种方法

线性代数 --- 矩阵求逆的4种方法


伴随矩阵法的补充3:

线性代数 --- 矩阵求逆的4种方法

线性代数 --- 矩阵求逆的4种方法

线性代数 --- 矩阵求逆的4种方法

线性代数 --- 矩阵求逆的4种方法

(全文完)

作者 — 松下J27

本文于2022年5月26日晚,对LU分解的笔记部分增加了文字补充。

人生格言:忠于自己的内心,比不负众望更重要!

参考文献:

用余子式、代数余子式和伴随来求逆矩阵线性代数 --- 矩阵求逆的4种方法https://www.shuxuele.com/algebra/matrix-inverse-minors-cofactors-adjugate.html

线性代数 --- 矩阵求逆的4种方法

 (配图与本文无关)

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