本書(shū)主要面向應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)。內(nèi)容包括:行列式、矩陣及初等變換法、求解線性方程組的理論與方法、向量的相關(guān)性理論、矩陣的特征值問(wèn)題及二次型化標(biāo)準(zhǔn)形方法等。
數(shù)學(xué)不僅是一種工具,而且是一種思維模式;不僅是一種知識(shí),而且是一種素養(yǎng);不僅是一種科學(xué),而且是一種文化。數(shù)學(xué)教育在培養(yǎng)高素質(zhì)科學(xué)技術(shù)人才中越來(lái)越顯示出其獨(dú)特的、不可替代的重要作用。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,線性代數(shù)的基本理論和方法在自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、工程技術(shù)及經(jīng)濟(jì)管理等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,已經(jīng)成為廣大科技工作者從事基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究必不可少的數(shù)學(xué)工具。因而線性代數(shù)是高等院校理工農(nóng)醫(yī)經(jīng)管等學(xué)科本科生必修的一門(mén)重要基礎(chǔ)課,也是碩士研究生入學(xué)必考的科目之一。該課程有助于培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力、邏輯推理能力、空間想象能力、數(shù)值計(jì)算能力和綜合運(yùn)用知識(shí)分析解決問(wèn)題的能力,為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。
編者依據(jù)教育部普通高等學(xué)校教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)所制訂的新的本科數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求,將多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)有機(jī)地融入書(shū)中,在編寫(xiě)過(guò)程中注重?cái)?shù)學(xué)思想的滲透,重視數(shù)學(xué)概念產(chǎn)生背景的分析。編者在編寫(xiě)過(guò)程中主要考慮了以下幾個(gè)方面。
(1)線性代數(shù)教學(xué)學(xué)時(shí)偏少。在內(nèi)容安排上力求全面、精煉,注重深入淺出,從具體到抽象,簡(jiǎn)明易懂,使學(xué)生少走彎路地接受新知識(shí)。在習(xí)題配備上,既有必要的基礎(chǔ)訓(xùn)練,又有適當(dāng)?shù)木C合提高題,并挑選了近十年典型的考研真題放在總習(xí)題里,如題號(hào)后(2016數(shù)學(xué)一)表示2016年數(shù)學(xué)一的考題,以期滿(mǎn)足各層次學(xué)生的需求。
(2)利用代數(shù)余子式引入行列式的概念。本書(shū)避開(kāi)了排列、輪換等知識(shí),通過(guò)以舊帶新的方式,即學(xué)生在中學(xué)已學(xué)過(guò)的知識(shí)——二、三階行列式及代數(shù)余子式的概念引出n階行列式的定義,使學(xué)生更易接受和理解行列式的本質(zhì)。
(3)突出了矩陣及初等變換方法。本書(shū)注重運(yùn)用矩陣的思想和方法處理問(wèn)題,在求逆矩陣、矩陣的秩、判別向量組的線性相關(guān)性、求解線性方程組及二次型化標(biāo)準(zhǔn)形等問(wèn)題上,初等變換方法貫穿始終。
(4)注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。為了加強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用線性代數(shù)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的實(shí)踐能力培養(yǎng),本書(shū)在每一章的最后一節(jié)均介紹了利用MATLAB軟件解決相應(yīng)線性代數(shù)問(wèn)題的內(nèi)容,為逐步提高學(xué)生解決更復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題的能力打下良好的基礎(chǔ)。
(5)注重?cái)?shù)學(xué)素養(yǎng)的提升。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,數(shù)學(xué)文化已滲透到社會(huì)的各領(lǐng)域,具備數(shù)學(xué)素養(yǎng)的高科技人才更適合社會(huì)發(fā)展需要,因此本書(shū)在附錄部分簡(jiǎn)要介紹了線性代數(shù)的發(fā)展歷程,以期拓寬視野、擴(kuò)展知識(shí)面,提高數(shù)學(xué)素養(yǎng)。附錄中還介紹了一元多項(xiàng)式的基本理論,以便討論矩陣對(duì)角化求特征值時(shí)參考應(yīng)用。
本書(shū)第二版是在第一版的基礎(chǔ)上,根據(jù)我們?nèi)甓嗟慕虒W(xué)實(shí)踐,按照新形勢(shì)下教材改革的需求,并吸取使用本書(shū)的同行們所提出的寶貴意見(jiàn)修訂而成。
本次修訂,我們保留了原書(shū)的體系,對(duì)書(shū)中一些不很確切的文字符號(hào)做了修改;對(duì)書(shū)中幾處內(nèi)容做了次序調(diào)整;將原來(lái)的第5章特征值問(wèn)題和第6章二次型進(jìn)行了整合,使全書(shū)更具系統(tǒng)性,同時(shí)也滿(mǎn)足了資源共享課程教學(xué)的需要;調(diào)整增加了部分例題和習(xí)題,并增加了最新考研試題,為進(jìn)一步深造的同學(xué)提供參考資料。
本書(shū)由謝彥紅、吳茂全主編,韓世遷、李明輝任副主編,參加本書(shū)編寫(xiě)的還有劉丹、姜鵬、吳會(huì)詠。本書(shū)的出版得益于沈陽(yáng)化工大學(xué)各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的鼓勵(lì)和支持,得益于廣大同仁的大力支持,在此一并表示衷心的感謝!
編者力求編好此書(shū),但限于水平,難免有疏漏之處,敬請(qǐng)廣大同仁及讀者批評(píng)指正。
編者
2017年4月
第1章行列式
1.1n階行列式1
1.1.1二階、三階行列式1
1.1.2二階和三階行列式的關(guān)系4
1.1.3n階行列式5
習(xí)題1-18
1.2行列式的性質(zhì)8
1.3行列式的計(jì)算實(shí)例13
習(xí)題1-317
1.4行列式的應(yīng)用18
習(xí)題1-422
1.5行列式的MATLAB應(yīng)用22
1.5.1MATLAB簡(jiǎn)介22
1.5.2行列式的MATLAB應(yīng)用實(shí)例22
總習(xí)題126
第2章矩陣
2.1矩陣的概念29
2.1.1引例29
2.1.2矩陣的定義30
習(xí)題2-131
2.2矩陣的運(yùn)算32
2.2.1矩陣的加法32
2.2.2數(shù)與矩陣乘法32
2.2.3矩陣與矩陣的乘法33
2.2.4矩陣的轉(zhuǎn)置36
2.2.5方陣的行列式38
習(xí)題2-238
2.3逆矩陣39
2.3.1逆矩陣的定義39
2.3.2方陣可逆的充分必要條件39
2.3.3可逆矩陣的運(yùn)算規(guī)律42
習(xí)題2-343
2.4矩陣的分塊43
2.4.1分塊矩陣43
2.4.2分塊矩陣的運(yùn)算45
習(xí)題2-450
2.5初等變換與初等矩陣51
2.5.1矩陣的初等變換51
2.5.2矩陣的標(biāo)準(zhǔn)形51
2.5.3初等矩陣53
習(xí)題2-557
2.6矩陣的MATLAB應(yīng)用58
2.6.1矩陣的輸入58
2.6.2一些特殊矩陣的產(chǎn)生58
2.6.3矩陣中元素的操作及運(yùn)算59
2.6.4初等變換的MATLAB應(yīng)用實(shí)例62
總習(xí)題263
第3章矩陣的秩與線性方程組
3.1矩陣的秩66
3.1.1矩陣的秩的定義66
3.1.2矩陣的秩的計(jì)算67
3.1.3矩陣的秩的性質(zhì)68
習(xí)題3-169
3.2齊次線性方程組69
習(xí)題3-271
3.3非齊次線性方程組72
習(xí)題3-375
3.4矩陣的秩與線性方程組的MATLAB應(yīng)用75
3.4.1矩陣的秩的MATLAB應(yīng)用實(shí)例75
3.4.2線性方程組的MATLAB應(yīng)用實(shí)例76
總習(xí)題378
第4章向量空間
4.1向量組的線性相關(guān)性79
4.1.1n維向量79
4.1.2向量組的線性組合80
4.1.3線性相關(guān)82
習(xí)題4-184
4.2向量組的秩85
習(xí)題4-287
4.3向量空間88
習(xí)題4-389
4.4線性方程組解的結(jié)構(gòu)90
4.4.1齊次線性方程組解的結(jié)構(gòu)90
4.4.2非齊次線性方程組解的結(jié)構(gòu)93
習(xí)題4-494
4.5向量的內(nèi)積95
4.5.1向量的內(nèi)積95
4.5.2正交向量組96
4.5.3施密特(Schimidt)正交化過(guò)程97
4.5.4正交矩陣98
習(xí)題4-599
4.6向量空間的MATLAB應(yīng)用100
4.6.1向量的內(nèi)積與單位化100
4.6.2向量組線性相關(guān)性及秩的MATLAB應(yīng)用實(shí)例100
4.6.3方程組解的結(jié)構(gòu)的MATLAB應(yīng)用實(shí)例102
總習(xí)題4104
第5章特征值問(wèn)題與二次型
5.1方陣的特征值與特征向量106
5.1.1特征值與特征向量的概念106
5.1.2特征值與特征向量的性質(zhì)108
習(xí)題5-1110
5.2相似矩陣與方陣的對(duì)角化110
5.2.1方陣的對(duì)角化110
5.2.2方陣對(duì)角化的應(yīng)用113
習(xí)題5-2114
5.3實(shí)對(duì)稱(chēng)矩陣的對(duì)角化114
5.3.1實(shí)對(duì)稱(chēng)矩陣的對(duì)角化114
5.3.2用正交矩陣化實(shí)對(duì)稱(chēng)矩陣為對(duì)角陣116
習(xí)題5-3119
5.4二次型及其標(biāo)準(zhǔn)形120
5.4.1二次型的定義和矩陣表示,合同矩陣120
5.4.2正交變換化二次型為標(biāo)準(zhǔn)形122
5.4.3配方法化二次型為標(biāo)準(zhǔn)形124
習(xí)題5-4126
5.5正定二次型127
習(xí)題5-5129
5.6特征值問(wèn)題與二次型問(wèn)題的MATLAB應(yīng)用129
5.6.1特征值與對(duì)角化的MATLAB應(yīng)用實(shí)例129
5.6.2正交變換化標(biāo)準(zhǔn)形的MATLAB應(yīng)用實(shí)例133
總習(xí)題5136
習(xí)題參考答案與提示
附錄
附錄1線性代數(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史157
附錄2一元多項(xiàng)式的一些概念和結(jié)論161
參考文獻(xiàn)