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    [原]矩阵的逆

    caimouse发表于 2017-02-13 15:31:58
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    设A是数域上的一个n阶方阵,若在相同数域上存在另一个n阶矩阵B,使得: AB=BA=E。 则我们称B是A的逆矩阵,而A则被称为可逆矩阵。

    E为n阶单位矩阵。


    求逆矩阵的方法:

    1. 高斯消元法


    2. 克莱姆法则

    克莱姆法则,又译克拉默法则(Cramer's Rule)是线性代数中一个关于求解线性方程组的定理。它适用于变量和方程数目相等的线性方程组,是瑞士数学家克莱姆(1704-1752)于1750年,在他的《线性代数分析导言》中发表的。其实莱布尼兹〔1693〕,以及马克劳林〔1748〕亦知道这个法则,但他们的记法不如克莱姆。



    逆矩阵是经常遇到的一个概念。教科书中讲解了逆矩阵的求法,但是没有说清楚为何需要逆矩阵,逆矩阵的意义是什么。逆矩阵可以类比成数字的倒数,比如数字5的倒数是1/5,矩阵A的“倒数”是A的逆矩阵。5*(1/5)=1, A*(A的逆矩阵) = I,I是单位矩阵。引入逆矩阵的原因之一是用来实现矩阵的除法。比如有矩阵X,A,B,其中X*A = B,我们要求X矩阵的值。本能来说,我们只需要将B/A就可以得到X矩阵了。但是对于矩阵来说,不存在直接相除的概念。我们需要借助逆矩阵,间接实现矩阵的除法。具体的做法是等式两边在相同位置同时乘以矩阵A的逆矩阵,如下所示,X*A*(A的逆矩阵)= B*(A的逆矩阵)。由于A*(A的逆矩阵) = I,即单位矩阵,任何矩阵乘以单位矩阵的结果都是其本身。所以,我们可以得到X =  B*(A的逆矩阵)。


    可逆变换


    如果存在一个逆变换可以”撤销“原变换,那么该变换是可逆的。换句话说,如果存在逆变换G,使得G(F(a)) = a,对于任意a,映射F(a) 是可逆的。


    存在非仿射变换的可逆变换,但暂不考虑它们。现在,我们集中精力于检测一个仿射变换是否可逆。一个仿射变换就是一个线性变换加上平移,显然,可以用 相反的量”撤销“平移部分,所以问题变为一个线性变换是否可逆。


    显然,除了投影以外,其他变换都能”撤销“。当物体被投影时,某一维有用的信息被抛弃了,而这些信息时不可能恢复的。因此,所有基本变换除了投影都 是可逆的。


    因为任意线性变换都能表达为矩阵,所以求逆变换等价于求矩阵的逆。如果矩阵是奇异的,则变换不可逆;可逆矩阵的行列式不为0。



    从上面可以看到,逆矩阵在进行3D变换上起到很大的作用,这也是逆矩阵的几何意义。

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