当前位置:育儿知识大全 育儿综合内容页

如何求伴随矩阵

求一个矩阵的伴随矩阵,需要先了解伴随矩阵的定义,然后根据矩阵的阶数选择合适的方法进行计算。

下面分情况介绍: 二阶矩阵的伴随矩阵求法 对于二阶矩阵 A = ( a b c d ) A = \begin{pmatrix}a & b \\ c & d\end{pmatrix}A=(ac​bd​),其伴随矩阵 A ∗ A^{*}A∗ 的求法较为简单。

只需将主对角线元素互换位置,副对角线元素取相反数,即 A ∗ = ( d − b − c a ) A^{*} = \begin{pmatrix}d & -b \\ -c & a\end{pmatrix}A∗=(d−c​−ba​)。

例如,对于矩阵 A = ( 2 3 4 5 ) A = \begin{pmatrix}2 & 3 \\ 4 & 5\end{pmatrix}A=(24​35​),根据上述规则,其伴随矩阵 A ∗ = ( 5 − 3 − 4 2 ) A^{*} = \begin{pmatrix}5 & - 3 \\ -4 & 2\end{pmatrix}A∗=(5−4​−32​)。

高阶矩阵的伴随矩阵求法 对于 n nn 阶矩阵 A = ( a i j ) n × n A=(a_{ij})_{n\times n}A=(aij​)n×n​(n ≥ 3 n \geq 3n≥3),求伴随矩阵 A ∗ A^{*}A∗ 需要先求出矩阵 A AA 中每个元素的代数余子式 A i j A_{ij}Aij​。

计算代数余子式 A i j A_{ij}Aij​: 首先要知道余子式 M i j M_{ij}Mij​ 的概念,它是指在矩阵 A AA 中划去第 i ii 行和第 j jj 列后所得到的 ( n − 1 ) × ( n − 1 ) (n - 1)\times(n - 1)(n−1)×(n−1) 阶子矩阵的行列式。

代数余子式 A i j = ( − 1 ) i + j M i j A_{ij}=(-1)^{i + j}M_{ij}Aij​=(−1)i+jMij​。

例如,对于三阶矩阵 A = ( a 11 a 12 a 13 a 21 a 22 a 23 a 31 a 32 a 33 ) A = \begin{pmatrix}a_{11}&a_{12}&a_{13}\\a_{21}&a_{22}&a_{23}\\a_{31}&a_{32}&a_{33}\end{pmatrix}A=​a11​a21​a31​​a12​a22​a32​​a13​a23​a33​​​,求 a 12 a_{12}a12​ 的代数余子式 A 12 A_{12}A12​: 先求余子式 M 12 M_{12}M12​,划去 A AA 的第一行和第二列,得到二阶子矩阵 ( a 21 a 23 a 31 a 33 ) \begin{pmatrix}a_{21}&a_{23}\\a_{31}&a_{33}\end{pmatrix}(a21​a31​​a23​a33​​),则 M 12 = ∣ a 21 a 23 a 31 a 33 ∣ = a 21 a 33 − a 23 a 31 M_{12}=\begin{vmatrix}a_{21}&a_{23}\\a_{31}&a_{33}\end{vmatrix}=a_{21}a_{33}-a_{23}a_{31}M12​=​a21​a31​​a23​a33​​​=a21​a33​−a23​a31​。

再根据代数余子式的定义,A 12 = ( − 1 ) 1 + 2 M 12 = − ( a 21 a 33 − a 23 a 31 ) A_{12}=(-1)^{1 + 2}M_{12}=-(a_{21}a_{33}-a_{23}a_{31})A12​=(−1)1+2M12​=−(a21​a33​−a23​a31​)。

构建伴随矩阵 A ∗ A^{*}A∗: 伴随矩阵 A ∗ A^{*}A∗ 是一个 n × n n\times nn×n 阶矩阵,它的元素 ( A ∗ ) i j = A j i (A^{*})_{ij} = A_{ji}(A∗)ij​=Aji​(注意这里的下标顺序)。

也就是说,将矩阵 A AA 的代数余子式矩阵的行和列进行互换,得到伴随矩阵 A ∗ A^{*}A∗。

继续以三阶矩阵 A = ( a 11 a 12 a 13 a 21 a 22 a 23 a 31 a 32 a 33 ) A = \begin{pmatrix}a_{11}&a_{12}&a_{13}\\a_{21}&a_{22}&a_{23}\\a_{31}&a_{32}&a_{33}\end{pmatrix}A=​a11​a21​a31​​a12​a22​a32​​a13​a23​a33​​​ 为例,其伴随矩阵 A ∗ = ( A 11 A 21 A 31 A 12 A 22 A 32 A 13 A 23 A 33 ) A^{*}=\begin{pmatrix}A_{11}&A_{21}&A_{31}\\A_{12}&A_{22}&A_{32}\\A_{13}&A_{23}&A_{33}\end{pmatrix}A∗=​A11​A12​A13​​A21​A22​A23​​A31​A32​A33​​​,其中 A i j A_{ij}Aij​ 是 a i j a_{ij}aij​ 的代数余子式。

利用公式 A A ∗ = ∣ A ∣ E AA^{*} = |A|EAA∗=∣A∣E 验证或辅助求解 在求出伴随矩阵 A ∗ A^{*}A∗ 后,可以利用公式 A A ∗ = ∣ A ∣ E AA^{*} = |A|EAA∗=∣A∣E 进行验证。

其中 ∣ A ∣ |A|∣A∣ 是矩阵 A AA 的行列式,E EE 是单位矩阵。

如果计算正确,那么 A A ∗ AA^{*}AA∗ 的结果应该是一个对角线上元素都为 ∣ A ∣ |A|∣A∣,其余元素为 0 00 的矩阵。

有时也可以借助这个公式,在已知 A AA 和 ∣ A ∣ |A|∣A∣ 的情况下,辅助求解 A ∗ A^{*}A∗,即 A ∗ = ∣ A ∣ A − 1 A^{*} = |A|A^{-1}A∗=∣A∣A−1(前提是 A AA 可逆,即 ∣ A ∣ ≠ 0 |A|\neq 0∣A∣=0) 。