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2016考研數(shù)學(xué):線性代數(shù)之向量組的秩

發(fā)布時間:2017-07-24 編輯:bin

  在線性代數(shù)這一學(xué)科中,“秩”幾乎算是一個最難的概念了,它的難點在于“秩”有兩個定義,一個是矩陣的秩,一個是向量組的秩。所謂矩陣的秩,指的是矩陣最高階非零子式的階數(shù),而向量組的秩指的是向量組的極大線性無關(guān)組中向量的個數(shù)。

  那這兩個秩之間有什么聯(lián)系呢?其實,要回答這個問題,我們可以從矩陣與向量之間的聯(lián)系入手。在學(xué)習(xí)向量的概念時,我們已經(jīng)提及過,向量其實就是一個特殊的矩陣—— 維行向量是一個n行1列的矩陣,而 維列向量是一個n行1列的矩陣。另一方面,矩陣也可以寫成向量的形式,若將一個矩陣 按行分塊,可以將其寫成一個列向量的形式:

2016考研數(shù)學(xué):線性代數(shù)之向量組的秩

  所以,對于一個矩陣,我們可以從三個角度去分析它的秩。第一,就是矩陣的秩,它表示的是矩陣非零子式的最高階數(shù);第二,是矩陣的行秩,指的是矩陣的行向量組的極大線性無關(guān)組中向量的個數(shù);第三,矩陣的列秩,指的是矩陣的列向量組的極大線性無關(guān)組中向量的個數(shù)。

  關(guān)于這三個秩的關(guān)系,我們有一個定理:矩陣的行秩等于列秩且等于矩陣的秩。

  從這個定理可知,矩陣的這三個秩是相同的,明確這一點,對我們以后的學(xué)習(xí)有兩個方面的意義。第一,既然這三個秩相同,那我們以后就可以對它們?nèi)齻不加區(qū)分,因為,它們都表示矩陣的秩。第二,這個定理為我們解決與秩相關(guān)的問題打開了一個新的思路。以后,在求向量組的秩時,我們可以將其轉(zhuǎn)化成求矩陣的秩,相應(yīng)的,求矩陣的秩時,可以轉(zhuǎn)化成求向量組的秩。比如,我們在實際計算矩陣的秩時,可以先將其通過初等行變換,化成階梯型矩陣,然后看非零行,非零行的個數(shù)就等于矩陣的秩。之所以可以這樣做,是因為,在階梯型矩陣中,一個非零行對應(yīng)著一個主元,而一個主元就對應(yīng)著極大線性無關(guān)組中的一個向量,所以非零行的個數(shù)就等于極大線性無關(guān)組中向量的個數(shù),而極大線性無關(guān)組中向量的個數(shù)就是矩陣的秩。所以,非零行的個數(shù)就等于矩陣的秩。

  所以,學(xué)到這兒,我們會發(fā)現(xiàn),矩陣的秩與向量組的秩其實就是同一個概念的兩種不同表達(dá)形式,以后,在求矩陣的秩時,我們只需求矩陣的秩、行秩、列秩三個當(dāng)中的任何一個就可以了。

  2016年考研復(fù)習(xí)已經(jīng)開始了,希望考生能夠好好利用,做好規(guī)劃。

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