《線(xiàn)性代數(shù)》是根據(jù)普通高等教育本科線(xiàn)性代數(shù)課程的教學(xué)基本要求編寫(xiě)而成的,是福建省精品在線(xiàn)開(kāi)放課程的同步教材。 全書(shū)共分6章,內(nèi)容包括線(xiàn)性方程組與矩陣、行列式、矩陣及其應(yīng)用、向量組的線(xiàn)性相關(guān)性和向量空間、方陣的特征值和特征向量理論、方陣的相似對(duì)角化、二次型等。 每章都配有內(nèi)容小結(jié)及習(xí)題,并附有習(xí)題提示或答案。 《線(xiàn)性代數(shù)》以線(xiàn)性方程組為主線(xiàn),以矩陣的初等變換、矩陣的秩、矩陣的乘法為基本工具,比較自然地闡明了線(xiàn)性代數(shù)的基本概念、基本理論和基本方法。 《線(xiàn)性代數(shù)》結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn),邏輯清晰,例題豐富;在內(nèi)容的設(shè)計(jì)上循序漸進(jìn)、深入淺出、簡(jiǎn)明易懂,強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)的基本思想與應(yīng)用,在滿(mǎn)足教學(xué)基本要求的前提下,適當(dāng)降低理論推導(dǎo)難度,便于理解和掌握。 與《線(xiàn)性代數(shù)》配套的在線(xiàn)開(kāi)放課程,適合讀者利用碎片化時(shí)間進(jìn)行預(yù)習(xí)、練習(xí)、期末復(fù)習(xí)、考研復(fù)習(xí)或鞏固學(xué)習(xí)。 《線(xiàn)性代數(shù)》可作為高等學(xué)校理工科和經(jīng)濟(jì)管理等各專(zhuān)業(yè)線(xiàn)性代數(shù)課程的教材,也可供自學(xué)者、考研者和工程技術(shù)人員等參考使用。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展與數(shù)學(xué)工程軟件的廣泛應(yīng)用,作為處理離散問(wèn)題與線(xiàn)性問(wèn)題的線(xiàn)性代數(shù)已成為科學(xué)技術(shù)人才必備的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。為了幫助學(xué)生更容易學(xué)習(xí)、理解和掌握線(xiàn)性代數(shù)的精髓,掌握相關(guān)的代數(shù)知識(shí),讓學(xué)生學(xué)會(huì)用代數(shù)的方法思考、解決實(shí)際問(wèn)題,本書(shū)在以下幾個(gè)方面做出積極的探索與實(shí)踐。
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(2)突出以線(xiàn)性方程組和矩陣為主線(xiàn)。從線(xiàn)性方程組的幾何意義和消元法出發(fā),以矩陣的初等變換、矩陣的秩和矩陣乘法運(yùn)算為基本工具,比較自然地闡述線(xiàn)性代數(shù)中一些抽象的、重要的基本概念、基本理論和計(jì)算方法;教學(xué)內(nèi)容的安排循序漸進(jìn)、由淺入深、簡(jiǎn)明易懂,便于理解和掌握。書(shū)中帶*的教學(xué)內(nèi)容或習(xí)題,作為選學(xué)或選做內(nèi)容。
(3)注重課程的系統(tǒng)性和科學(xué)性。既注重去抽象,增強(qiáng)基本概念和基本方法的可讀性,又注意保持理論分析、內(nèi)容結(jié)構(gòu)的嚴(yán)謹(jǐn)性;注重突出線(xiàn)性代數(shù)的基本理論、基本思想和基本計(jì)算,突出知識(shí)結(jié)構(gòu)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)與統(tǒng)一;注重知識(shí)重點(diǎn)與難點(diǎn)、具體與抽象;課程結(jié)構(gòu)緊湊、難度適中、易學(xué)易懂。
(4)配套省級(jí)精品在線(xiàn)開(kāi)放課程(中國(guó)大學(xué)MOOChttps://www.icourse163.org/course/HQU-1205898823),利用信息化手段使教材更加立體化、生動(dòng)化。在線(xiàn)課程對(duì)線(xiàn)性代數(shù)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化細(xì)分,保持每個(gè)知識(shí)單元與整個(gè)課程結(jié)構(gòu)上的一致性;注重概念和方法的可讀性,又注意保持簡(jiǎn)單理論分析的嚴(yán)謹(jǐn)性;課程視頻主題明確、由易到難,有利于讀者利用碎片時(shí)間進(jìn)行預(yù)習(xí)、練習(xí)、期末復(fù)習(xí)、考研復(fù)習(xí)或鞏固學(xué)習(xí);在線(xiàn)討論、作業(yè)與測(cè)驗(yàn)有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解、掌握與應(yīng)用。
(5)配備不同層次的習(xí)題,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
(6)引入數(shù)學(xué)軟件解決線(xiàn)性代數(shù)問(wèn)題。結(jié)合教材內(nèi)容,在附錄中介紹MATLAB在線(xiàn)性代數(shù)計(jì)算中的一些用法,以示例解釋把理論學(xué)習(xí)與計(jì)算應(yīng)用結(jié)合起來(lái),讓學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用數(shù)學(xué)軟件,加深對(duì)代數(shù)理論的認(rèn)識(shí)。
前言
線(xiàn)性代數(shù)是一門(mén)經(jīng)典的代數(shù)基礎(chǔ)課程,是高校理工類(lèi)和經(jīng)管類(lèi)等學(xué)科的一門(mén)重要基礎(chǔ)課程。 線(xiàn)性代數(shù)主要研究線(xiàn)性關(guān)系,其核心內(nèi)容包括線(xiàn)性方程組、矩陣、行列式、向量組的線(xiàn)性相關(guān)性、向量空間、線(xiàn)性變換、方陣的特征值和特征向量、方陣的對(duì)角化和二次型等。 許多實(shí)際問(wèn)題,如線(xiàn)性規(guī)劃、電路設(shè)計(jì)、信息隱藏、計(jì)算機(jī)圖像處理等技術(shù),都可歸結(jié)為線(xiàn)性問(wèn)題來(lái)解決,因此,線(xiàn)性代數(shù)還是一門(mén)應(yīng)用廣泛的數(shù)學(xué)課程。 它不僅是數(shù)學(xué)專(zhuān)業(yè)課程的基礎(chǔ),也是自然科學(xué)、工程技術(shù)和經(jīng)濟(jì)管理等各學(xué)科的基礎(chǔ),可以為后繼課程提供數(shù)學(xué)知識(shí),將理論、計(jì)算和應(yīng)用融合在一起,為各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域提供通用的分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的方法,在科學(xué)計(jì)算與實(shí)際應(yīng)用中起著重要作用。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展與數(shù)學(xué)工程軟件的廣泛應(yīng)用,作為處理離散問(wèn)題與線(xiàn)性問(wèn)題的線(xiàn)性代數(shù)已成為科學(xué)技術(shù)人才必備的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。 為了幫助學(xué)生更容易學(xué)習(xí)、理解和掌握線(xiàn)性代數(shù)的精髓,掌握相關(guān)的代數(shù)知識(shí),讓學(xué)生學(xué)會(huì)用代數(shù)的方法思考、解決實(shí)際問(wèn)題,《線(xiàn)性代數(shù)》在以下幾個(gè)方面做出積極的探索與實(shí)踐。
(1) 加強(qiáng)應(yīng)用背景的引入!毒(xiàn)性代數(shù)》中安排了一些簡(jiǎn)單的案例應(yīng)用,可加強(qiáng)對(duì)基本概念和理論背景的了解及應(yīng)用,有助于理論聯(lián)系實(shí)際,幫助學(xué)生理解抽象的代數(shù)概念,進(jìn)而掌握相關(guān)的理論和計(jì)算,還有利于拓寬學(xué)生的視野,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用代數(shù)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
(2) 突出以線(xiàn)性方程組和矩陣為主線(xiàn)。從線(xiàn)性方程組的幾何意義和消元法出發(fā),以矩陣的初等變換、矩陣的秩和矩陣乘法運(yùn)算為基本工具,比較自然地闡述線(xiàn)性代數(shù)中一些抽象的、重要的基本概念、基本理論和計(jì)算方法;教學(xué)內(nèi)容的安排循序漸進(jìn)、由淺入深、簡(jiǎn)明易懂,便于理解和掌握。書(shū)中帶*的教學(xué)內(nèi)容或習(xí)題,作為選學(xué)或選做內(nèi)容。
(3) 注重課程的系統(tǒng)性和科學(xué)性。 既注重 去抽象,增強(qiáng)基本概念和基本方法的可讀性,又注意保持理論分析、內(nèi)容結(jié)構(gòu)的嚴(yán)謹(jǐn)性;注重突出線(xiàn)性代數(shù)的基本理論、基本思想和基本計(jì)算,突出知識(shí)結(jié)構(gòu)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)與統(tǒng)一;注重知識(shí)重點(diǎn)與難點(diǎn)、具體與抽象;課程結(jié)構(gòu)緊湊、難度適中、易學(xué)易懂。
(4) 配套省級(jí)精品在線(xiàn)開(kāi)放課程(中國(guó)大學(xué)MOOC https://www.icourse163.org/course/HQU-1205898823),利用信息化手段使教材更加立體化、生動(dòng)化。 在線(xiàn)課程對(duì)線(xiàn)性代數(shù)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化細(xì)分,保持每個(gè)知識(shí)單元與整個(gè)課程結(jié)構(gòu)上的一致性;注重概念和方法的可讀性,又注意保持簡(jiǎn)單理論分析的嚴(yán)謹(jǐn)性;課程視頻主題明確、由易到難,有利于讀者利用碎片時(shí)間進(jìn)行預(yù)習(xí)、練習(xí)、期末復(fù)習(xí)、考研復(fù)習(xí)或鞏固學(xué)習(xí);在線(xiàn)討論、作業(yè)與測(cè)驗(yàn)有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解、掌握與應(yīng)用。
(5) 配備不同層次的習(xí)題,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
(6) 引入數(shù)學(xué)軟件解決線(xiàn)性代數(shù)問(wèn)題。 結(jié)合教材內(nèi)容,在附錄中介紹MATLAB在線(xiàn)性代數(shù)計(jì)算中的一些用法,以示例解釋把理論學(xué)習(xí)與計(jì)算應(yīng)用結(jié)合起來(lái),讓學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用數(shù)學(xué)軟件,加深對(duì)代數(shù)理論的認(rèn)識(shí)。
《線(xiàn)性代數(shù)》由華僑大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院謝小賢、李鴻萍和黃哲煌共同執(zhí)筆,其中,第1、3、4章及附錄由謝小賢編寫(xiě),第2章由黃哲煌編寫(xiě),第5、6章由李鴻萍編寫(xiě),全書(shū)由謝小賢統(tǒng)稿和定稿。
與《線(xiàn)性代數(shù)》同步的精品在線(xiàn)開(kāi)放課程獲得2017年華僑大學(xué)精品在線(xiàn)開(kāi)放課程建設(shè)立項(xiàng),獲得2017年福建省精品在線(xiàn)開(kāi)放課程建設(shè)立項(xiàng)。《線(xiàn)性代數(shù)》的編寫(xiě)獲得2019年華僑大學(xué)教材編寫(xiě)立項(xiàng)資助,并得到華僑大學(xué)教務(wù)處、數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)們與同事們、清華大學(xué)出版社的大力支持與幫助,在此一并表示感謝!
限于編者的水平,書(shū)中難免有不足之處或缺點(diǎn),歡迎讀者批評(píng)指正。
《線(xiàn)性代數(shù)》提供課件和習(xí)題參考答案,下載地址如下:
課件 習(xí)題參考答案
編者
2019年4月
目錄
第1章 線(xiàn)性方程組與矩陣 1
1.1 線(xiàn)性方程組的基本概念 1
1.1.1 線(xiàn)性方程組的定義 1
1.1.2 二元和三元線(xiàn)性方程組的幾何意義 3
1.2 線(xiàn)性方程組的消元法和初等變換 6
1.2.1 線(xiàn)性方程組的消元法 6
1.2.2 行階梯形方程組和行最簡(jiǎn)形方程組 7
1.2.3 線(xiàn)性方程組的初等變換8
1.3 矩陣及其初等變換10
1.3.1 矩陣的概念10
1.3.2 特殊矩陣12
1.3.3 矩陣的初等變換15
1.3.4 線(xiàn)性方程組的初等變換與矩陣的初等變換的關(guān)系16
1.3.5 行階梯形矩陣、 行最簡(jiǎn)形矩陣和標(biāo)準(zhǔn)形19
1.3.6 矩陣的秩24
1.4 線(xiàn)性方程組的解的判定定理26
1.4.1 n元非齊次線(xiàn)性方程組的解的判定定理26
1.4.2 n元齊次線(xiàn)性方程組的解的判定定理29
1.5應(yīng)用舉例33
1.6本章小結(jié)35
1.7習(xí)題一37
第2章行列式44
2.1二階與三階行列式44
2.2全排列和對(duì)換46
2.2.1全排列及其逆序數(shù)46
2.2.2對(duì)換47
2.3n階行列式47
2.4行列式的性質(zhì)50
2.5行列式按行(列)展開(kāi)55
2.6行列式的應(yīng)用 62
2.6.1克拉默(Cramer)法則62
2.6.2平行四邊形或三角形的面積66
2.6.3平行六面體的體積66
2.6.4曲線(xiàn)方程67
2.7本章小結(jié)68
2.8習(xí)題二71
第3章矩陣及其應(yīng)用76
3.1矩陣的運(yùn)算76
3.1.1矩陣的加法與數(shù)乘運(yùn)算76
3.1.2矩陣的乘法77
3.1.3方陣的冪與多項(xiàng)式82
3.1.4矩陣的轉(zhuǎn)置83
3.2分塊矩陣85
3.2.1分塊矩陣的基本概念85
3.2.2常用的分塊矩陣86
3.2.3分塊矩陣的運(yùn)算87
3.2.4分塊矩陣的應(yīng)用90
3.3方陣的行列式94
3.3.1方陣行列式的定義94
3.3.2方陣行列式的性質(zhì)94
3.3.3伴隨矩陣及其性質(zhì)96
3.4方陣的逆矩陣98
3.4.1逆矩陣的定義98
3.4.2逆矩陣的性質(zhì)99
3.4.3方陣可逆的充要條件100
3.4.4逆矩陣的計(jì)算101
3.4.5逆矩陣的應(yīng)用105
3.5初等矩陣與初等變換109
3.5.1初等矩陣109
3.5.2初等變換與初等矩陣的關(guān)系111
3.5.3初等變換與初等矩陣的應(yīng)用113
3.6矩陣秩的等價(jià)刻畫(huà)119
3.6.1矩陣秩的等價(jià)定義119
3.6.2矩陣秩的計(jì)算122
3.6.3矩陣秩的性質(zhì)124
3.6.4矩陣秩的應(yīng)用126
3.7應(yīng)用舉例126
3.8本章小結(jié)129
3.9習(xí)題三 134
第4章向量組的線(xiàn)性相關(guān)性和向量空間140
4.1 n 維向量140
4.1.1 n維向量的基本概念140
4.1.2向量的線(xiàn)性運(yùn)算141
4.1.3向量組與矩陣、 線(xiàn)性方程組的關(guān)系142
4.2向量組之間的線(xiàn)性表示143
4.3向量組的線(xiàn)性相關(guān)性149
4.3.1向量組線(xiàn)性相關(guān)性的定義149
4.3.2向量組線(xiàn)性相關(guān)性的判定定理150
4.3.3向量組線(xiàn)性相關(guān)性的性質(zhì)151
4.4向量組的秩155
4.4.1向量組的最大無(wú)關(guān)組和秩155
4.4.2向量組的秩和矩陣的秩的關(guān)系157
4.5線(xiàn)性方程組的解的結(jié)構(gòu)161
4.5.1齊次線(xiàn)性方程組的解的結(jié)構(gòu)162
4.5.2非齊次線(xiàn)性方程組的解的結(jié)構(gòu)168
4.6向量空間171
4.6.1向量空間的概念171
4.6.2向量空間的基、 維數(shù)和坐標(biāo)172
4.6.3基變換和坐標(biāo)變換174
4.7應(yīng)用舉例175
4.8本章小結(jié)177
4.9習(xí)題四180
第5章方陣的特征值與特征向量理論188
5.1內(nèi)積與正交矩陣188
5.1.1n維向量的內(nèi)積188
5.1.2正交向量組與施密特(Schmidt)正交化方法189
5.1.3正交矩陣192
5.2方陣的特征值與特征向量193
5.2.1特征值與特征向量的概念193
5.2.2特征值與特征向量的計(jì)算194
5.2.3特征值與特征向量的性質(zhì)196
5.3方陣的相似對(duì)角化198
5.3.1相似矩陣的概念與性質(zhì)198
5.3.2方陣相似對(duì)角化的條件與計(jì)算199
5.4實(shí)對(duì)稱(chēng)矩陣的相似對(duì)角化202
5.5應(yīng)用舉例206
5.6本章小結(jié)209
5.7習(xí)題五211
第6章二次型217
6.1二次型及其矩陣表示217
6.1.1二次型的定義217
6.1.2矩陣的合同219
6.2化二次型為標(biāo)準(zhǔn)形220
6.2.1用正交變換化二次型為標(biāo)準(zhǔn)形221
6.2.2用配方法化二次型為標(biāo)準(zhǔn)形223
*6.2.3用初等(合同)變換法化二次型為標(biāo)準(zhǔn)形225
6.3正定二次型227
6.3.1慣性定理227
6.3.2二次型的正定性229
6.4二次型的應(yīng)用二次曲面232
6.5本章小結(jié)236
6.6習(xí)題六237
附錄MATLAB在線(xiàn)性代數(shù)中的應(yīng)用241
參考文獻(xiàn)251