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工程数学中矩阵运算主要包括以下核心规则,结合权威资料整理如下:
一、矩阵加法
前提条件:两个矩阵需为同型矩阵(行数与列数相同)。
运算规则:对应元素相加,即 ( C_{ij} = A_{ij} + B_{ij} ) 。
二、矩阵数乘
定义:标量与矩阵中每个元素相乘,结果为同型矩阵。
运算规则:( kA = begin{pmatrix} k cdot a_{11} & k cdot a_{12} vdots & k cdot a_{mn} end{pmatrix} ) 。
三、矩阵乘法
前提条件:矩阵 ( A ) 的列数等于矩阵 ( B ) 的行数。
运算规则:( C_{ij} = sum_{k=1}^n A_{ik} cdot B_{kj} ) 。
四、矩阵转置
定义:将矩阵行与列互换,记作 ( A^T ) 。
性质:转置后矩阵的行列式不变,即 ( |A^T| = |A| ) 。
五、特殊矩阵运算
对称矩阵:满足 ( A = A^T ),主对角线元素对称。
逆矩阵:若存在矩阵 ( B ) 使得 ( AB = BA = I ),则 ( B ) 为 ( A ) 的逆矩阵,记作 ( A^{-1} ) 。
六、行列式与线性方程组
行列式:用于判断矩阵可逆性及计算矩阵的几何意义。
线性方程组:通过高斯消元法、LU分解法等求解。
总结:工程数学中矩阵运算以加法、数乘、乘法和转置为基础,结合对称性、逆矩阵等特殊性质解决实际问题。需注意矩阵乘法的维度限制及行列式在解方程组中的应用。