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单位矩阵

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什么是单位矩阵

  在线性代数中,n阶单位矩阵,是一个n \times n的方形矩阵,其主对角线元素为1,其余元素为0。单位矩阵以In表示;如果阶数可忽略,或可由前后文确定的话,也可简记为I。(在部分领域中,如量子力学,单位矩阵是以粗体字的1表示,否则无法与I作区别。)

I_1 = \begin{bmatrix} 1 \end{bmatrix} ,\  I_2 = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{bmatrix} ,\  I_3 = \begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} ,\ \cdots ,\  I_n = \begin{bmatrix} 1 & 0 & \cdots & 0 \\ 0 & 1 & \cdots & 0 \\ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\ 0 & 0 & \cdots & 1 \end{bmatrix}

  一些数学书籍使用U和E(分别意为单位矩阵和基本矩阵),不过I更加普遍。

单位矩阵的性质

  根据矩阵乘法的定义,单位矩阵In的重要性质为:

AIn = AInB = B

  特别是单位矩阵作为所有n阶矩阵的环的单位,以及作为由所有n阶可逆矩阵构成的一般线性群GL(n)的单位元(单位矩阵明显可逆,单位矩阵乘自己,仍是单位矩阵)。

  这些n阶矩阵经常表示来自n维矢量空间自己的线性变换,In表示恒等函数,而不理会基。

  单位矩阵中的第i列即为单位矢量ei。单位矢量同时也是单位矩阵的特征矢量,特征值皆为1,因此这是唯一的特征值,且具有重数n。由此可见,单位矩阵的行列式为1,且迹数为n。

  有时使用这个记法简洁的描述对角线矩阵,写作:

In = diag(1,1,...,1)

  也可以克罗内克尔δ记法写作:

(In)ij = δij

单位矩阵的证明[1]

  单位矩阵E具有与数1类似的性质。

  容易证明:

  (1)E_nB_{n\times m}=B_{n\times m}

  (2)B_{n\times m}E_m=B_{n\times m}

  (3)AnEn = EnAn = An

  (4)EE = E

参考文献

  1. 侯谦民,董汉芬.高职高专教材 高等数学 (下册)[M].湖北科学技术出版社,2006年01月第1版.
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评论(共1条)

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117.136.61.* 在 2016年12月12日 14:49 发表

菜鸡

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