初等变换法求逆矩阵是一种常用的方法,其基本步骤如下:
构造增广矩阵
将所求逆矩阵的系数矩阵与单位矩阵并排写成一个增广矩阵。例如,如果要求矩阵 \( A \) 的逆矩阵,则构造增广矩阵 \( (A|E) \),其中 \( A \) 是 \( n \times n \) 矩阵,\( E \) 是 \( n \times n \) 单位矩阵。
行初等变换
对增广矩阵进行初等行变换,目标是将系数矩阵 \( A \) 变为单位矩阵 \( E \)。具体的变换步骤为:
将第一行第一列元素化为1,并将第一列其余元素化为0。
将第二行第二列元素化为1,并将第二列其余元素化为0。
以此类推,直到将第 \( n \) 行第 \( n \) 列元素化为1,并将第 \( n \) 列其余元素化为0。
确定逆矩阵
当系数矩阵 \( A \) 变为单位矩阵 \( E \) 时,增广矩阵的右半部分即为所求的逆矩阵 \( A^{-1} \)。
示例
假设要求矩阵 \( A = \begin{pmatrix} 2 & -1 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} \) 的逆矩阵,步骤如下:
构造增广矩阵
\[
(A|E) = \left( \begin{array}{cc|cc}
2 & -1 & 1 & 0 \\
0 & 1 & 0 & 0
\end{array} \right)
\]
行初等变换
将第一行第一列元素化为1:
\[
\left( \begin{array}{cc|cc}
1 & -\frac{1}{2} & 1 & 0 \\
0 & 1 & 0 & 0
\end{array} \right)
\]
将第一列其余元素化为0(这一列已经是0,无需操作)。
确定逆矩阵
此时,增广矩阵的右半部分即为所求的逆矩阵 \( A^{-1} \):
\[
A^{-1} = \left( \begin{array}{cc}
1 & -\frac{1}{2} \\
0 & 1
\end{array} \right)
\]
注意事项
初等变换法求逆矩阵时,只能对矩阵进行行初等变换,不能对矩阵进行列初等变换。
如果矩阵不可逆(即行列式为0),则无法通过初等变换得到逆矩阵。
通过以上步骤和注意事项,可以系统地使用初等变换法求取矩阵的逆矩阵。