RowReduce

RowReduce[m]

给出矩阵 m 的行约化形式.

更多信息和选项

  • RowReduce 执行一个高斯消去,将行的倍数累加在一起以尽可能的生成 0 元素. 最后的矩阵为行简阶梯形式.
  • 如果 m 是一个非退化方阵,则 RowReduce[m]IdentityMatrix[Length[m]]. »
  • 如果 m 是一个具有 行和超过 列的充分非退化矩阵,则 RowReduce[m] 的前 列将形成一个单位矩阵. »
  • RowReduce 同时适用于数值矩阵和符号矩阵.
  • 可以有以下选项:
  • MethodAutomatic使用的方法
    Modulus 0使用的整数模
    Tolerance Automatic使用的数值容差
    ZeroTest Automatic测试矩阵元素是否可视为零的函数
  • RowReduce[m,Modulus->n] 执行一个模 n 的行约化. »
  • RowReduce[m,ZeroTest->test] 计算 test[m[[i,j]]] 来确定矩阵元素是否为零.
  • Method 选项可能的设置包括 "CofactorExpansion""DivisionFreeRowReduction""OneStepRowReduction". 缺省设置 Automatic 会根据所给的矩阵选择其中的方法.

范例

打开所有单元关闭所有单元

基本范例  (3)

对一个方阵执行行约化:

对一个矩阵执行行约化:

行约化含有符号项的矩阵:

范围  (13)

基本用法  (8)

求实机器数矩阵的行约化:

行约化复机器数矩阵:

行约化任意精度的矩阵:

行约化一个精确矩阵:

符号矩阵的行约化:

RowReduce 假设所有符号都是独立的:

方形矩阵的行约化:

高效计算大型数值矩阵的行约化:

对含有有限域元素的矩阵进行行约化:

特殊矩阵  (5)

稀疏矩阵的行约化:

结构化矩阵的行约化:

RowReduce 不改变单位矩阵:

Hilbert 矩阵的行约化:

计算次数为 的单变量多项式组成的 矩阵的行约化:

选项  (3)

Modulus  (1)

m 是一个 3×3 的 0 到 4 之间的整数矩阵:

用普通运算对 m 进行行约化:

用模 5 的算法对 m 进行行约化:

Tolerance  (1)

m 是一个病态矩阵:

在精确运算中,m 显然非退化:

在机器精度运算中,太小的元素被默认为是零:

使用零容差时,即使很小的项也被考虑在内:

对一个增广矩阵,您可以看到解的分量可能会被放大多少:

ZeroTest  (1)

默认情况下,符号表达式被认为是非零的:

这种情况下,RowReduce 忽略了产生奇异矩阵的特殊情况

编写一个函数来测试一个表达式是否可能为零:

test[k] 作为 ZeroTest 的值传递,以获得更符号式的约化:

这里覆盖了 的特殊情况,但给出的是 取其他值时的非约化矩阵:

应用  (13)

生成空间和线性独立  (5)

以下三个向量不是线性独立的:

行约化形式有一行为零:

以下三个向量是线性独立的:

因此行约化形式是单位矩阵:

确定以下向量是否线性无关:

因为 没有约化为单位矩阵,所以它们不是线性无关的:

求以下矩阵的列空间的维数:

由于行约化后的形式是单位矩阵,因此列空间的维数等于列数:

求由以下向量生成的子空间的维数:

由于行约化后的形式有三个非零行,因此即是子空间的维数:

求解方程和可逆性  (8)

确定以下方程组是否有唯一解:

将方程组改写为矩阵形式:

系数矩阵 约化为单位矩阵,因此方程组有唯一解:r

Solve 验证结果:

使用行约化求解方程组 ,其中 是一个矩阵, 是一个向量:

形成一个增广矩阵

对增广矩阵进行行约化:

最后一列即是 的解:

给出另一个右侧的向量,求解:

因为最后一列有一个 1,所以 无解;用 Solve 确认:

求以下方程组的所有解:

首先写出系数矩阵 ,变量向量 和常向量

验证重写后的式子:

对增广矩阵 进行约化以求出一个解:

提取最后一列,即为一个解:

由于有一行为零,因此零空间非空. 对增广矩阵 进行行约化:

最后一行的后半部分是零空间的一个元素:

通解为 的任意倍数的和:

确定以下矩阵是否有逆矩阵:

它没有约化为单位矩阵,因此它是不可逆的:

Inverse 验证结果:

确定以下矩阵是否有非零行列式:

因为可约化为单位矩阵,所以它的行列式一定非零:

Det 确认结果:

如果 没有约化为单位矩阵,则 的特征值. 如果矩阵的特征值的重数大于行约化形式中的零行的数量,则该矩阵是亏损矩阵. 证明 是以下矩阵 的特征值:

Eigenvalues 确认结果:

矩阵 是亏损矩阵,因为 2 出现了两次,但行约化形式只有一行为零:

Eigensystem 确认结果,用零填充特征向量表明了亏损:

用行约化求以下矩阵的逆:

先形成增广矩阵

对增广矩阵进行行约化:

的前三列为单位矩阵:

最后三列是 的逆:

估计用 Inverse 验证结果:

估计随机 10×10 01 矩阵可逆的部分:

属性和关系  (8)

RowReduce 将前导零作为精确整数返回,与输入的精度无关:

当且仅当 RowReduce[m] 等于 IdentityMatrix[Length[m]],方阵 m 可逆:

实际上,可以通过对 m 和单位矩阵形成的增广矩阵求逆得到逆矩阵:

对于方阵,当且仅当 Det[m]!=0m 才约化为单位矩阵:

对于方阵,当且仅当零空间非空,m 才约化为单位矩阵:

对于方阵,当且仅当 LinearSolve[m,b] 对普通的 b 有解,m 才约化为单位矩阵:

一个 矩阵 ,如果 ,当且仅当 RowReduce[m] 的前 列形成一个单位矩阵的情况下,其秩才为

格式化行约化矩阵:

MatrixRank[m] 等于 RowReduce[m] 中非零行的数量:

可用 RowReduce 计算方阵 m 的零空间:

对用单位矩阵增强的矩阵进行行约化:

如果该行在增广的一半中有前导 1,则该行增广的一半在零空间中:

NullSpace 获取零向量:

即使向量不相同,但它们是同一空间的基向量:

Wolfram Research (1988),RowReduce,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/RowReduce.html (更新于 2024 年).

文本

Wolfram Research (1988),RowReduce,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/RowReduce.html (更新于 2024 年).

CMS

Wolfram 语言. 1988. "RowReduce." Wolfram 语言与系统参考资料中心. Wolfram Research. 最新版本 2024. https://reference.wolfram.com/language/ref/RowReduce.html.

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Wolfram 语言. (1988). RowReduce. Wolfram 语言与系统参考资料中心. 追溯自 https://reference.wolfram.com/language/ref/RowReduce.html 年

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