要求一个矩阵的逆矩阵,需要满足以下条件:
该矩阵必须是一个方阵 (即行数等于列数)。
该矩阵的行列式 (determinant) 必须不等于零。
如果一个矩阵满足上述条件,则可以使用以下方法求逆矩阵:
将原矩阵和单位矩阵合并成增广矩阵 (augmented matrix)。
对增广矩阵进行初等行变换 (elementary row operations),直到原矩阵部分变为单位矩阵。
对增广矩阵继续进行初等行变换,直到单位矩阵部分也变为原矩阵的逆矩阵。
这个过程称为求逆矩阵的迹 (trace) 法,其原理可以概括为以下几个步骤:
将原矩阵和单位矩阵合并成增广矩阵。
对增广矩阵进行初等行变换,使得原矩阵部分变为单位矩阵。
对增广矩阵继续进行初等行变换,使得单位矩阵部分也变为原矩阵的逆矩阵。
输出结果即为原矩阵的逆矩阵。
下面是一个使用迹法求逆矩阵的例子:
假设有矩阵 A = [1 2; 3 4],我们需要求 A 的逆矩阵。
将 A 和 1 行 1 列的单位矩阵合并成增广矩阵 A' = [1 0; 0 1]。
对增广矩阵 A' 进行初等行变换,使得左侧部分变为单位矩阵。具体来说,可以通过以下 3 步完成:
a. 将第二行乘以 3/2,得到 [1 0; 0 1] 中的第二行。
b. 将第一行减去第二行乘以 2,得到 [1 -2; 3 4] 中的第一行。
c. 将第二行减去第一行乘以 2/3,得到 [1 -2; 3 4] 中的第二行。
对增广矩阵 A' 继续进行初等行变换,使得单位矩阵部分也变为 A 的逆矩阵。具体来说,可以通过以下 2 步完成:
a. 将第三行乘以 2/3,得到 [1 0; 0 1] 中的第三行。
b. 将第一行减去第三行乘以 3/2,得到 [1 -2; 3 4] 中的第一行。
最终得到的增广矩阵 A' 的逆矩阵即为 A 的逆矩阵,即 [-2/3 1; 1/2 -1]。