經典伴隨變換

經典伴隨變換(classical adjoint transformation)是向量空間中的一種線性變換。線上性代數中,一個方形矩陣的伴隨矩陣是一個類似於逆矩陣的概念。如果矩陣可逆,那么它的逆矩陣和它的伴隨矩陣之間只差一個係數。然而,伴隨矩陣對不可逆的矩陣也有定義,並且不需要用到除法。

定義

參見:子式和餘子式、余因子矩陣和轉置矩陣

設R是一個交換環, A是一個以R中元素為係數的n×n的矩陣。A的伴隨矩陣可按如下步驟定義:

•定義:A關於第i行第j列的餘子式(記作M)是去掉A的第i行第j列之後得到的(n− 1)×(n− 1)矩陣的行列式。

•定義:A關於第i行第j列的代數餘子式是:

•定義:A的餘子矩陣是一個n×n的矩陣C,使得其第i行第j列的元素是A關於第i行第j列的代數餘子式。

經典伴隨變換 經典伴隨變換

引入以上的概念後,可以定義:矩陣 A伴隨矩陣A的餘子矩陣的 轉置矩陣

經典伴隨變換 經典伴隨變換

也就是說, A伴隨矩陣是一個n×n的矩陣(記作adj( A)),使得其第i行第j列的元素是 A關於第j行第i列的 代數餘子式

經典伴隨變換 經典伴隨變換

例子

2x2矩陣

經典伴隨變換 經典伴隨變換
經典伴隨變換 經典伴隨變換

一個 矩陣 的伴隨矩陣是

經典伴隨變換 經典伴隨變換

3x3矩陣

經典伴隨變換 經典伴隨變換

對於 的矩陣,情況稍微複雜一點:

其伴隨矩陣是:

經典伴隨變換 經典伴隨變換

其中

經典伴隨變換 經典伴隨變換

要注意伴隨矩陣是餘子矩陣的轉置,第3行第2列的係數應該是 A關於第2行第3列的代數餘子式。

具體情況

對於數值矩陣,例如求矩陣

經典伴隨變換 經典伴隨變換
經典伴隨變換 經典伴隨變換

的伴隨矩陣 ,只需將數值代入上節得到的表達式中。例如 第2行第3列的代數餘子式為

經典伴隨變換 經典伴隨變換

因此伴隨矩陣中 第3行第2列的位置上是-6。

計算後的結果是:

經典伴隨變換 經典伴隨變換

套用

作為拉普拉斯公式的推論,關於n×n矩陣 A的行列式,有:

經典伴隨變換 經典伴隨變換

其中 I是n階的單位矩陣。事實上, Aadj( A)的第i行第i列的係數是

經典伴隨變換 經典伴隨變換

。根據拉普拉斯公式,等於 A的行列式。

如果i≠j,那么 Aadj( A)的第i行第j列的係數是

經典伴隨變換 經典伴隨變換

。拉普拉斯公式說明這個和等於0(實際上相當於把 A的第j行元素換成第i行元素後求行列式。由於有兩行相同,行列式為0)。

由這個公式可以推出一個重要結論:交換環R上的矩陣 A可逆若且唯若其行列式在環R中可逆。

這是因為如果 A可逆,那么

經典伴隨變換 經典伴隨變換

如果det( A)是環中的可逆元那么公式(*)表明

經典伴隨變換 經典伴隨變換

性質

對n×n的矩陣 AB,有:

經典伴隨變換 經典伴隨變換
經典伴隨變換 經典伴隨變換
經典伴隨變換 經典伴隨變換
經典伴隨變換 經典伴隨變換
經典伴隨變換 經典伴隨變換
經典伴隨變換 經典伴隨變換

當n>2時,

經典伴隨變換 經典伴隨變換

如果 A可逆,那么

如果 A是對稱矩陣,那么其伴隨矩陣也是對稱矩陣;如果 A是反對稱矩陣,那么當n為偶數時, A的伴隨矩陣也是反對稱矩陣,n為奇數時則是對稱矩陣。

如果 A是(半)正定矩陣,那么其伴隨矩陣也是(半)正定矩陣。

經典伴隨變換 經典伴隨變換
經典伴隨變換 經典伴隨變換

如果矩陣 AB相似,那么 和 也相似。

經典伴隨變換 經典伴隨變換

如果n>2,那么非零矩陣 A是正交矩陣若且唯若

伴隨矩陣的秩

當矩陣 A可逆時,它的伴隨矩陣也可逆,因此兩者的秩一樣,都是n。當矩陣 A不可逆時, A的伴隨矩陣的秩通常並不與 A相同。當 A的秩為n-1時,其伴隨矩陣的秩為1,當 A的秩小於n-1時,其伴隨矩陣為零矩陣。

伴隨矩陣的特徵值

經典伴隨變換 經典伴隨變換
經典伴隨變換 經典伴隨變換

設矩陣 A在復域中的特徵值為 (即為特徵多項式的n個根),則 A的伴隨矩陣的特徵值為 。

伴隨矩陣和特徵多項式

經典伴隨變換 經典伴隨變換

設p(t) = det( A−tI) 為 A的特徵多項式,定義 ,那么:

經典伴隨變換 經典伴隨變換
經典伴隨變換 經典伴隨變換

其中 是p(t)的各項係數:

經典伴隨變換 經典伴隨變換

伴隨矩陣也在行列式的導數形式中。

相關詞條

熱門詞條

聯絡我們