矩阵秩的性质

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银色固体
2022-12-10 · TA获得超过514个赞
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矩阵秩的性质如下:

1. max[R(A),R(B)]⩽R(A,B)⩽R(A)+R(B) ,特别的,当 B=b 为非零列向量时,有 R(A)⩽R(A,b)⩽R(A)+1

推导过程:

的最高阶非零子式总是的非零子式同理可知,令,且令,则,和中分别含有个和个非零行从而可知,中最大非零行个数为综上所述,∵A的最高阶非零子式总是(A,B)的非零子式∴R(A)⩽R(A,B)同理可知,R(B)⩽R(A,B)∴max[R(A),R(B)]⩽R(A,B)令,(A,B)→(A′,B′)A→A′B→B′且令,R(A′)=rR(B′)=t则,A′和B′中分别含有r个和t个非零行从而可知,(A′,B′)中最大非零行个数为r+t∴R(A,B)=R(A′,B′)⩽R(A′)+R(B′)=R(A)+R(B)综上所述,max[R(A),R(B)]⩽R(A,B)⩽R(A)+R(B)

2. R(A+B)⩽R(A)+R(B)R(A+B)⩽R(A+B,B)=R(A,B)⩽R(A)+R(B)

推导过程:

设为矩阵则对矩阵作初等行变换由秩的性质一可知,设A,B为m×n矩阵则对矩阵(A+BB)作初等行变换ri−rm+i(i=1,2,⋯,m/2)∴(A+BB)→r(AB)由秩的性质一可知,R(A+B)⩽R(A+BB)=R(AB)=R(AT,BT)T=R(AT,BT)⩽R(AT)+R(BT)=R(A)+R(B)

3. R(AB)⩽min[R(A),R(B)]

推导过程:

设可知矩阵方程有解根据矩阵方程定理六(矩阵方程有解的充分必要条件是)可知而由秩的性质一可知故,又可知矩阵方程有解根据矩阵方程定理六(矩阵方程有解的充分必要条件是)可知而由秩的性质一可知故,又且综上所述,设AB=C可知矩阵方程AX=C有解X=B根据矩阵方程定理六(矩阵方程AX=B有解的充分必要条件是R(A)=R(A,B))可知R(A)=R(A,C)而由秩的性质一可知max[R(A),R(C)]⩽R(A,C)⩽R(A)+R(C)故,R(C)⩽R(A,C)∴R(C)⩽R(A)又∵(AB)T=BTAT=CT可知矩阵方程BTX=CT有解X=AT根据矩阵方程定理六(矩阵方程AX=B有解的充分必要条件是R(A)=R(A,B))可知R(BT)=R(BT,CT)而由秩的性质一可知max[R(BT),R(CT)]⩽R(BT,CT)⩽R(BT)+R(CT)故,R(CT)⩽R(BT,CT)∴R(CT)⩽R(BT)又∵R(B)=R(BT)且R(CT)=R(C)∴R(C)⩽R(B)综上所述,R(C)⩽min[R(A),R(B)]

4.若 Am×nBn×l=O ,则 R(A)+R(B)⩽n

推导过程:

记又因故即,该方程表明为齐次方程的解设为齐次方程的解集则,故,由秩的定理七可知(定理七:设矩阵的秩,则元齐次线性方程组的解集的秩),得证

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