向量与矩阵的基本运算
向量与矩阵的基本运算与性质
向量与矩阵的基本运算与性质向量与矩阵是线性代数的基础概念，它们在数学和物理领域中扮演着重要的角色。
本文将介绍向量与矩阵的基本运算以及它们的性质。
一、向量向量是具有大小和方向的量，通常表示为一个有序的实数列表或箭头。
向量可以用于表示力、速度、加速度等概念。
在线性代数中，向量通常表示为一个列向量或行向量。
1. 向量的表示向量可以用单个变量加上一个箭头表示，例如a→。
在文本中，向量通常以粗体字母表示，例如a。
2. 向量的加法向量的加法是指对应位置上的元素相加得到新的向量。
设有两个n 维向量a=(a1,a2,...,aa)和a=(a1,a2,...,aa)，则它们的和为：a+a=(a1+a1,a2+a2,...,aa+aa)3. 向量的数量乘法向量的数量乘法是指将向量的每个元素与一个实数相乘得到新的向量。
设有一个n维向量a=(a1,a2,...,aa)和实数a，则其数量乘积为：aa=(aa1,aa2,...,aaa)4. 向量的点积向量的点积，也称为内积或数量积，是两个向量对应位置上的元素相乘再相加的结果。
设有两个n维向量a=(a1,a2,...,aa)和a=(a1,a2,...,aa)，则它们的点积为：a·a=a1a1+a2a2+...+aaaa二、矩阵矩阵是一个二维数组，通常用于表示一组数据或线性变换。
矩阵由行和列组成，行表示矩阵的水平方向，列表示矩阵的垂直方向。
1. 矩阵的表示矩阵通常以大写字母表示，例如a、a。
一个m行n列的矩阵可以表示为：a=⎡⎢⎢⎢⎢⎢⎣a11 a12 ⋯a1a a21 a22 ⋯a2a⋮⋮⋱⋮aa1 aa2 ⋯aaa⎤⎥⎥⎥⎥⎥⎦2. 矩阵的加法矩阵的加法是指对应位置上的元素相加得到新的矩阵。
设有两个m 行n列的矩阵a和a，则它们的和为：a+a=⎡⎢⎢⎢⎢⎢⎣a11+a11 a12+a12 ⋯a1a+a1a a21+a21a22+a22 ⋯a2a+a2a⋮⋮⋱⋮aa1+aa1 aa2+aa2 ⋯aaa+aaa⎤⎥⎥⎥⎥⎥⎦3. 矩阵的数量乘法矩阵的数量乘法是指将矩阵的每个元素与一个实数相乘得到新的矩阵。
线性代数中的矩阵与向量之运算技巧
线性代数中的矩阵与向量之运算技巧矩阵和向量是线性代数中最基础的概念之一。
了解它们的运算技巧是学好线性代数的前提。
本文将介绍一些常用的矩阵和向量运算技巧。
一、矩阵基本运算1. 加减法运算对于两个相同大小的矩阵A和B，它们的和(A+B)和差(A-B)分别对应位置上的元素相加减得到。
例如：A = [[1,2],[3,4]]B = [[-1,3],[4,-2]]则 A+B = [[0,5],[7,2]]，A-B = [[2,-1],[-1,6]]2. 数乘运算对于数k和一个矩阵A，它们的积(kA)就是把A的每个元素都乘以k得到。
例如：A = [[1,2],[3,4]]k = 2则 kA = [[2,4],[6,8]]3. 矩阵乘法对于两个矩阵A和B，若A的列数等于B的行数，则它们可以相乘得到一个新的矩阵C。
C的每个元素都是A的一行与B的一列对应元素的乘积之和。
例如：A = [[1,2,3],[4,5,6]]B = [[-1,3],[2,-4],[5,1]]则 AB = [[18,-8],[39,9]]注意：矩阵乘法不满足交换律，即A×B ≠ B×A。
二、向量基本运算1. 加减法运算对于两个相同长度的向量v和w，它们的和(v+w)和差(v-w)分别对应位上的元素相加减得到。
例如：v = [1,2,3]w = [-1,4,2]则 v+w = [0,6,5]，v-w = [2,-2,1]2. 数乘运算对于数k和一个向量v，它们的积(kv)就是把v的每个元素都乘以k得到。
例如：v = [1,2,3]k = 2则 kv = [2,4,6]3. 点积运算对于两个长度相同的向量v和w，它们的点积(v·w)是将两个向量对应位置元素的乘积相加得到的一个数。
例如：v = [1,2,3]w = [-1,4,2]则 v·w = 9本文介绍的是矩阵和向量的基本运算技巧，仅是线性代数的冰山一角，线性代数是一门内涵丰富的课程，需要大家认真研究，深入理解。
向量与矩阵的定义及运算学习资料
α 1 (2α) 2
（1 5，1 1，1 6，1 （ 1）,1 4)
2 22 2
2
2.5, 0.5, 3, 0.5, 2 ,
β1(2 β ) ( 0 .5 ,0 .5 ,2 ,1 .5 , 2 ). 2
12
二 矩阵
定义3 设P是复数集C的一个子集合，其中包含 0与1。如果P中的任意两个数a,（ b这两个数也可 以相同）的和、差、积、商（除数不为零）仍 在P中，则称P是一个数域(number field).
向量与矩阵的定义及运算
n维行向量和n维列向量都可称为n维向量
(vector), n维向量常用小写黑体希腊字母，， ，L 表示。
例： ＝（1，3，8）;
(10, 23,45, 2);
x
＝ y
z
2
定 义 2 设 两 个 n维 向 量 ＝(a1, a2 ,L , an ), (b1 , b2 ,L , bn )
定义5 设A(aij)sn和B(bij)sn是(数域P上) 两个sn(同型)矩阵，则 (1)如果它们对应的元素分别相等，即aij bij, (i 1,2,L,s;j 1,2,L,n),则称A与B相等，记作 AB.
注意：和要简写成 必须满足：每项形式完全一样，不一样
的只是求和指标，而且求和指标连续从小到大增加一。 9
例 2 证 明 ： 任 意 n维 向 量 (k1,k2,L,kn)是 向 量 组 1(1,0,L,0),2(0,1,L,0),L,n(0,L,0,1)的
一 个 线 性 组 合 。 证明：由向量的线性运算，得
(k1, k2 ,L , kn ) (k1, 0,L , 0) (0, k2, 0,L , 0) L (0,L , 0, kn )
向量与矩阵运算
向量与矩阵运算在高中数学学科中，向量与矩阵运算是一项重要的内容。
向量与矩阵的概念与运算规则不仅在数学中有广泛的应用，而且在物理、工程、计算机科学等领域也有着重要的地位。
本文将详细介绍向量与矩阵的定义、基本运算以及一些常见应用。
一、向量的定义与基本运算向量是有方向和大小的量，通常用箭头表示。
向量可表示为一个有序的数字组成的列，也可以视为从原点指向某一点的箭头。
例如，向量A可以表示为(A1, A2, ..., An)。
向量的基本运算包括加法和数乘。
向量的加法是对应元素相加，即A +B = (A1 + B1, A2 + B2, ..., An + Bn)，其中A和B为同维数的向量。
数乘是将向量的每个元素都乘以一个实数，即kA = (kA1, kA2, ..., kAn)，其中k为实数。
二、矩阵的定义与基本运算矩阵是一个按照矩形排列的数表，通常用大写字母表示。
矩阵有行与列组成，用m×n表示，其中m表示矩阵的行数，n表示矩阵的列数。
矩阵的基本运算包括矩阵加法、矩阵数乘和矩阵乘法。
矩阵的加法是对应元素相加，即A + B = [aij + bij]，其中A和B为同维数的矩阵。
矩阵的数乘是将矩阵的每个元素都乘以一个实数，即kA = [kaij]。
矩阵的乘法是一种复合运算，需要满足乘法的规则。
若A为m×n 的矩阵，B为n×p的矩阵，则AB为m×p的矩阵。
矩阵AB的第i行第j列元素可以表示为：ABij = aij * bij，其中aij表示A矩阵的第i行第j 列元素，bij表示B矩阵的第i行第j列元素。
三、向量与矩阵的应用向量与矩阵运算在许多实际问题中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 物理学：在物理学中，向量和矩阵可以用来描述物体的运动和力的作用。
例如，位移向量可以用来描述物体的位置变化，力矩矩阵可以用来描述物体受到的力的作用。
2. 工程学：向量和矩阵可以用来描述工程中的各种变量和关系。
向量与矩阵的定义及运算
a11 a12
a
21
a22
a
s
1
as2
a1n
a
2
n
a
sn
称 为 数 域 P上 的 s n矩 阵 (m atrix )， 通 常 用 一 个 大 写
黑 体 字 母 如 A或 Asn表 示 ， 有 时 也 记 作 A (aij )sn , 其
中 aij (i 1, 2, , s; j 1, 2, , n)称 为 矩 阵 A的 第 i行 第 j列
注意：和要简写成 必须满足：每项形式完全一样，不一样
的只是求和指标，而且求和指标连续从小到大增加一。 10
例 2证 明 ： 任 意 n维 向 量 (k1,k2, ,kn)是 向 量 组 1(1,0, ,0),2(0,1, ,0), ,n(0, ,0,1)的
一 个 线 性 组 合 。 证明：由向量的线性运算，得
例 子 ： 有 理 数 集 Q 、 实 数 集 R 、 复 数 集 C都 是 数 域 ， 分 别 称 为 有 理 数 域 、 实 数 域 、 复 数 域 。 而 整 数 集 Z不 是 数 域 。 我 们 主 要 用 到 的 是 实 数 域 和 复 数 域 。
14
定 义 4 数 域 P中 s n个 数 排 成 的 s行 n列 的 长 方 表 ，
k与 的 数 乘 ， 记 作 k (ka1, ka2 , , kan ).
注 意 ： 同 型 向 量 才 能 进 行 加 法 以 及 比 较 是 否 相 等
4
(4)分 量 全 为 零 的 向 量 (0 ,0 , ,0)称 为 零 向 量 ， 记 作 0 (应 注 意 区 别 数 零 和 零 向 量 )；
元 素(entry )。
15
§1.1-向量与矩阵的定义及运算
(10)若kA 0，则k 0,或者A 0.
28
例 设矩阵A、B、C满足等式 3(A+C)=2(B－C)，其中
A
2 1
3 3
6 5
,
B
3 1
2 3
4 5
,
求C.
解：由等式可得 5C 2B 3A
23 21
22 2 (3)
b1 j
(ai1
ai 2
L
ain
)
b2 M
j
= A的第i行乘 B的第j列
bnj
故可以把乘法规则总结为：左行乘右列.
36
注意：(1) 只有当第一个矩阵的列数等 于第二个矩阵的行数时，两个矩阵才 能相乘.
例如
1 3 5
2 2 8
3 1 9
1 6
6 0
8 1
不存在.
(2) 乘积矩阵C的行数＝左矩阵的行数， 乘积矩阵C的列数＝右矩阵的列数.
ka11
(kaij )sn
ka21
M
kas1
ka12 ka22
M
ka s 2
L ka1n
L
ka2n
M M
L
kasn
为数k与A的数乘，记作kA.
25
(4) 负矩阵:将矩阵A=(aij)s×n的各元 素取相反符号，得到的矩阵称为矩阵A
的负矩阵，记为－A. 即
a11 a12 L a1n
(aij )sn
a21 M
a22 M
L M
a2n
M
as1
as2
L
asn
26
矩阵的线性运算性质
(1) A B B A;
矩阵的基本运算与特征值特征向量
矩阵的基本运算与特征值特征向量矩阵是现代线性代数中的重要概念，广泛应用于各个领域。
本文将介绍矩阵的基本运算，包括加法、乘法和转置，并详细解释特征值与特征向量的概念及其在矩阵分析中的应用。
一、矩阵的基本运算矩阵加法是指将两个矩阵的相应元素进行相加，得到一个新的矩阵。
例如，对于两个m行n列的矩阵A和B，它们的和记作C=A+B，其中C的第i行第j列元素等于A的第i行第j列元素与B的第i行第j列元素之和。
矩阵乘法是指将两个矩阵相乘得到一个新的矩阵。
对于一个m行n列的矩阵A和一个n行p列的矩阵B，它们的乘积记作C=AB，其中C 的第i行第j列元素等于A的第i行元素与B的第j列元素依次相乘再求和。
矩阵的转置是指将矩阵的行和列进行互换得到的新矩阵。
例如，对于一个m行n列的矩阵A，它的转置记作AT，其中AT的第i行第j列元素等于A的第j行第i列元素。
二、特征值与特征向量在矩阵分析中，特征值与特征向量是矩阵的重要性质，能够揭示矩阵的结构和性质。
对于一个n阶方阵A，如果存在一个非零向量x使得Ax=kx，其中k为常数，那么k就是A的一个特征值，x就是对应于特征值k的特征向量。
特征值和特征向量的求解过程可以通过方程(A-kI)x=0来实现，其中I为单位矩阵。
通过求解这个齐次线性方程组，可以得到特征值k以及对应的特征向量x。
特征值和特征向量在矩阵的应用中有着广泛的应用，例如在图像处理、信号处理和机器学习等领域中，它们被用于降维、数据压缩、特征提取等任务上。
三、矩阵的应用举例1. 线性变换矩阵可以用于描述线性变换，例如平移、旋转和缩放等操作。
通过将变换矩阵作用于向量，可以实现对向量的变换。
2. 矩阵的逆对于一个可逆矩阵A，它存在一个逆矩阵A-1，满足A-1A=AA-1=I，其中I为单位矩阵。
逆矩阵的求解可以通过行列式和伴随矩阵的方法来实现。
3. 特征值分解对于一个对称矩阵A，可以进行特征值分解，即将A表示为特征值和特征向量的形式，A=PΛP-1，其中P为特征向量的矩阵，Λ为特征值的对角矩阵。
向量矩阵运算原理
向量矩阵运算原理向量矩阵运算是线性代数中的重要概念，它描述了向量和矩阵在数学上的运算规则和性质。
在机器学习、统计学、物理学等领域中，向量矩阵运算被广泛应用于数据处理、模型建立和问题求解等方面。
下面将介绍向量矩阵运算的原理和相关参考内容。
一、向量向量是有序的一组数值，可以用于表示空间中的点、方向和大小等。
假设向量v有n个元素，可以表示为v=(v1,v2,...,vn)，其中每个元素均为实数。
向量的运算包括加法、标量乘法和内积三类。
1. 向量加法：向量加法是指将两个向量逐个对应元素相加，得到一个新的向量。
假设有两个向量a=(a1,a2,...,an)和b=(b1,b2,...,bn)，它们的加法表示为c=a+b=(a1+b1,a2+b2,...,an+bn)。
2. 标量乘法：标量乘法是指将一个标量与向量的每个元素相乘，得到一个新的向量。
假设有一个向量a=(a1,a2,...,an)和一个标量k，它们的标量乘法表示为c=k*a=(k*a1,k*a2,...,k*an)。
3. 内积：内积是指两个向量对应元素相乘后再求和的结果。
假设有两个向量a=(a1,a2,...,an)和b=(b1,b2,...,bn)，它们的内积表示为c=a·b=a1*b1+a2*b2+...+an*bn。
二、矩阵矩阵是由若干个数排成的矩形阵列，是向量的推广形式。
矩阵可以用于表示多个向量或者多个方程所组成的线性系统。
假设矩阵A有m行n列，可以表示为A=[a_ij]，其中a_ij表示第i行第j列的元素。
矩阵的运算包括加法、标量乘法和矩阵乘法三类。
1. 矩阵加法：矩阵加法是指将两个矩阵的对应元素相加，得到一个新的矩阵。
假设有两个矩阵A=[a_ij]和B=[b_ij]，它们的加法表示为C=A+B=[a_ij+b_ij]。
2. 标量乘法：标量乘法是指将一个标量与矩阵的每个元素相乘，得到一个新的矩阵。
假设有一个矩阵A=[a_ij]和一个标量k，它们的标量乘法表示为C=k*A=[k*a_ij]。
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数的矩阵称为复矩阵。
行数与列数都等于 n 的矩阵称之为 n 阶方阵， 记作 An。
2.行矩阵、列矩阵与方阵 只有一行的矩阵称行矩阵，又称行向量。 只有一列的矩阵称为列矩阵，又称为列向量。 行数与列数都等于n的矩阵叫方阵，记为An。
3.同型矩阵与矩阵相等: 如果两个矩阵的行数相 等、列数也相等，就称它们是同型矩阵。
矩阵加法的运算律：
☞(1) A+ B = B+ A
(2) ( A+B )+ C = A+ ( B+ C ) 设矩阵 A= (aij) ，记A= ( aij)，称 A为矩阵 A的负矩阵。
由矩阵加法的定义，显然有 A+ ( A) = O，
由此，矩
2.矩阵的数乘： 数λ与矩阵Ａ的乘积记为λA或
如果两个同型矩阵的对应元素相等，那么就称 这两个矩阵相等。记作：A=B 4.零矩阵: 元素都是零的矩阵称为零矩阵，记作 O。不同型的零矩阵是不相等的。
5. 对角矩阵、单位矩阵与数量矩阵 如果 n 阶方阵除主对角线上的元素不全为零
外，其余元素全为零，这样的 n 阶方阵称为对 角矩阵。记作 A=diag(λ1,λ2,…,λn)
i 1
一、概念：
1.定义 由m×n个数aij(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)排 成的m行n列的数表a11 a12 ... a1n
a21 a22 ... a2n ... ... ... ... am1 am2 ... amn
称m行n列矩阵，简称m×n矩阵。记作
a11 a12 ... a1n
可由向量组
1 1, 0,L , 0 T 2 0,1,L , 0 T
L
n 0, 0,L ,1T
线性表示。
=（a1,a2 L an） 行向量
b1
=（b1,b2 L
bn）T =
b2 M
bn
列向量
n
内积（ T，）= aibi
a11b11 a12b12 ... a1nb1n
A
B
a21b21 ...
a22b22 ...
... ...
a2nb2n ...
am1bm1 am2bm2 ... amnbmn
注：矩阵的加法只能在两个 同型矩阵之间进行；
两个矩阵相加时，对应 元素进行相加。
x y (x1 y1,..., xn yn ) 数量乘法
x (x1,x2,...,xn )
1. a b b a 2. (a b) c a (b c) 3. a 0 a 4. a ( a) 0
5. (a) ( )a 6. ( )a a a 7. (a b) a b
分量全为零的 n 维向量称为零向量，记为0，
即:
0 (0,0,...,0)
称向量( x1, x2 ,..., xn )为向量
x (x1, x2,..., xn) 的负向量，记为 x
二、n维向量的运算性质
设 x (x1, x2,..., xn ) y ( y1, y2,..., yn ) 规定加法
(2) ( )A A A (3) (A B) A B
矩阵的加法与数乘合起来通称为矩阵的线性
运算。
3.矩阵的乘法：设矩阵 A为m×n 阶矩阵、矩阵 B为 n×p 阶矩阵，A= (aij) m×n 、B= (bij) n×p ， 则矩阵 A与 B 的乘积为一 m×p 阶矩阵
A
a21 ...
a22 ...
... ...
a2n ...
am1 am2 ... amn
这 m×n 个数称为矩阵 A 的元素，简称为元， 数 aij 位于矩阵 A 的第 i 行第 j 列，称为矩阵 A的 ( i,j )元。以数 aij 为(i,j)元的矩阵可简记作 (aij) 或 (aij)m×n，m×n 矩阵 A也记作A m×n。
Aλ，并规定：
a11 a12 ... a1n
A
a21
...
a22
...
... ...
a2n
...
am1 am2 ... amn
由此可见，矩阵的数乘仍然是一个与原矩阵
同型的矩阵，并且，是用数λ与矩阵的每一个 元素相乘。
矩阵数乘的运算律：
☞ (1) ()A (A)
1.定义 由n个数构成的有序数组称为n维向量
=（a1,a2, ,an）
b1
=
b2
bn
如果两个 n 维向量 a (x1, x2,..., xn)
b ( y1, y2,..., yn) 的对应分量相等，即xi yi (i 1,2,...,n)，则称 向量 a 与 b 相等，记为 a b
第一章 向量与矩阵的 基本运算
向量与矩阵是线性代数的一个主要研究 对象，也是数学上的一个重要工具。其应用已 经渗透到了包括自然科学、人文科学、社会科 学在内的各个领域。在矩阵理论中，矩阵的运 算起着重要的作用，本章主要讨论有关向量与 矩阵运算的一些基本规则与技巧。
第一节
向量与矩阵的基 本概念
一、n维向量：
8. 1a a
线性组合
=k11 k2 2 L kn n
向量的转置
（b1,b2 L
b1
bn） T =
b2 M
bn
b1 T b2 M bn
（b1,b2 L
bn）
证明：任意n维向量
k1, k2 ,L , kn T
如果n 阶方阵如果满足主对角线上的元素全 为1，其余元素全为零，这样的 n 阶矩阵称为 n 阶单位矩阵。记作En 或 E。
如果n 阶方阵主对角线上的元素全为k，其 余元素全为零，这样的 n 阶矩阵称为 n 阶数量 矩阵。
二、矩阵的运算
1.矩阵的加法: 设有两个同型的 m×n 阶矩阵
A= (aij) 、B= (bij)，则矩阵 A 与 B 的和记为 A+B，并规定