3D程序开发数学基础之矩阵

以下内容来自http://www.tongji.edu.cn/~math/xxds/kcja/kcja_a/01.htm，如果对你有帮助可以到其网站上查看其它基础知识。

一、矩阵的基本概念

矩阵，是由个数组成的一个行列的矩形表格，通常用大写字母表示，组成矩阵的每一个数，均称为矩阵的元素，通常用小写字母其元素表示，其中下标都是正整数，他们表示该元素在矩阵中的位置。比如，或表示一个矩阵，下标表示元素位于该矩阵的第行、第列。元素全为零的矩阵称为零矩阵。

特别地，一个矩阵，也称为一个维列向量；而一个矩阵，也称为一个维行向量。

当一个矩阵的行数与烈数相等时，该矩阵称为一个阶方阵。对于方阵，从左上角到右下角的连线，称为主对角线；而从左下角到右上角的连线称为付对角线。若一个阶方阵的主对角线上的元素都是，而其余元素都是零，则称为单位矩阵，记为，即：。如一个阶方阵的主对角线上（下）方的元素都是零，则称为下（上）三角矩阵，例如，是一个阶下三角矩阵，而则是一个阶上三角矩阵。今后我们用表示数域上的矩阵构成的集合，而用或者表示数域上的阶方阵构成的集合。

二、矩阵的运算

1、矩阵的加法：如果是两个同型矩阵（即它们具有相同的行数和列数，比如说），则定义它们的和仍为与它们同型的矩阵（即），的元素为和对应元素的和，即：。

给定矩阵，我们定义其负矩阵为：。这样我们可以定义同型矩阵的减法为：。由于矩阵的加法运算归结为其元素的加法运算，容易验证，矩阵的加法满足下列运算律：

（ 1）交换律： ；

（ 2）结合律： ；

（ 3）存在零元： ；

（ 4）存在负元： 。

2 、数与矩阵的乘法：

设为一个数，，则定义与的乘积仍为中的一个矩阵，中的元素就是用数乘中对应的元素的道德，即。由定义可知：。容易验证数与矩阵的乘法满足下列运算律：

（1）；

（2）；

（3）；

（4）。

3、矩阵的乘法：

设为距阵，为距阵，则矩阵可以左乘矩阵（注意：距阵德列数等与矩阵的行数），所得的积为一个距阵，即，其中，并且。

据真的乘法满足下列运算律（假定下面的运算均有意义）：

（ 1）结合律： ；

（ 2）左分配律： ；

（ 3）右分配律： ；

（ 4）数与矩阵乘法的结合律： ；

（ 5）单位元的存在性： 。

若为阶方阵，则对任意正整数，我们定义：，并规定：由于矩阵乘法满足结合律，我们有：，。

注意：矩阵的乘法与通常数的乘法有很大区别，特别应该注意的是：

（1）矩阵乘法不满足交换律：一般来讲即便有意义，也未必有意义；倘使都有意义，二者也未必相等（请读者自己举反例）。正是由于这个原因，一般来讲，，。

（2）两个非零矩阵的乘积可能是零矩阵，即未必能推出或者（请读者自己举反例）。

（3）消去律部成立：如果并且，未必有。

4 、矩阵的转置：

定义：设为矩阵，我们定义的转置为一个矩阵，并用表示的转置，即：。矩阵的转置运算满足下列运算律：

（1）；

（2）；

（3）；

（4）。

5、对称矩阵：

定义1.11阶方阵若满足条件：，则称为对称矩阵；若满足条件：，则称为反对称矩阵。若设，则为对称矩阵，当且仅当对任意的成立；为反对称矩阵，当且仅当对任意的成立。从而反对称局针对角线上的元素必为零。对称矩阵具有如下性质：

（1）对于任意矩阵，为阶对称矩阵；而为阶对称矩阵；

（2）两个同阶（反）对称矩阵的和，仍为（反）对称矩阵；

（3）如果两个同阶（反）对称矩阵可交换，即，则它们的乘积必为对称矩阵，即。