高等代数下

孙少辉

目录

  • 1 线性方程组
    • 1.1 知识准备、导引
    • 1.2 消元和初等行变换
    • 1.3 换元和初等列变换
    • 1.4 解的情况之判定
  • 2 矩阵初步
    • 2.1 矩阵基本运算
    • 2.2 矩阵运算法则
    • 2.3 可逆矩阵与初等矩阵
    • 2.4 分块矩阵
    • 2.5 矩阵的秩
    • 2.6 若干应用
  • 3 行列式基础
    • 3.1 低阶行列式
    • 3.2 排列的逆序数
    • 3.3 行列式的定义
    • 3.4 行列式的性质
    • 3.5 按行或列展开
    • 3.6 矩阵与行列式
  • 4 有限维空间模型
    • 4.1 列向量空间模型
    • 4.2 向量的线性关系
    • 4.3 极大线性无关组
    • 4.4 子空间的基和维数
    • 4.5 基变换与坐标变换
    • 4.6 再看齐次线性方程组
    • 4.7 线性方程组和线性簇
  • 5 多项式代数
    • 5.1 一元多项式带余除法
    • 5.2 最大公因式
    • 5.3 互素、最小公倍式
    • 5.4 不可约多项式
    • 5.5 重因式
    • 5.6 多项式函数与根
    • 5.7 有理系数多项式
    • 5.8 Eisenstein 判别法、有理根
    • 5.9 有理函数的部分分式分解
  • 6 二次型基础
    • 6.1 二次型定义
    • 6.2 二次型的标准形
    • 6.3 二次型的规范形
    • 6.4 正定二次型
  • 7 向量空间及线性映射
    • 7.1 一般向量空间的概念
    • 7.2 线性关系、基和维数
    • 7.3 线性映射、线性同构
    • 7.4 线性映射的矩阵表示
    • 7.5 特征值与特征向量
    • 7.6 进一步学习指南
  • 8 欧几里得空间
    • 8.1 内积与欧氏空间
    • 8.2 正交化方法、正交基
    • 8.3 空间的正交分解
    • 8.4 正交变换和正交阵
    • 8.5 对称变换和实对称阵
    • 8.6 酉空间、辛空间
  • 9 路往何方?
    • 9.1 代数++
    • 9.2 线性代数+拓扑=泛函分析
    • 9.3 线性代数+几何=微分几何
    • 9.4 矩阵+数学分析=矩阵分析
    • 9.5 道路千万条
换元和初等列变换
  • 1 课前学习
  • 2 课堂学习
  • 3 课后学习


《孙子算经》是我国古代的一部数学入门教材,其作者和成书年代都无定论. 书中有道题可谓“脍炙人口”,即“鸡兔同笼”问题:

今有雉(鸡)兔同笼,上有三十五头,下有九十四足。问雉、兔各几何?

对于学过代数的人来说,解此题自然是小菜一碟. 设鸡有 x 只,兔有 y 只,则相当于解线性方程组 I

但《孙子算经》却用更简捷的算术方法来解:脚数的一半减头数,即 94/2-35=12 为兔数;头数减兔数即 35-12=23 为鸡数.

这是怎么想到的?可以这样解释:假设砍去每只鸡、兔一半的脚,则鸡成了“独脚鸡”,兔成了“双脚兔”;于是“独脚鸡”和“双脚兔”的总脚数就由 94 变成了 47;而每只“独脚鸡”的头数与脚数是相同的,每只“双脚兔”的头数比脚数少 1;故“独脚鸡”和“双脚兔”的总脚数与总头数之差,就是兔子数.

细细体会这个思路,你会发现它把注意力放在了头和脚的关系上. 设有 z 只兔子,砍掉一半兔脚,即 2z 只脚,则鸡和“兔”统一为“一头双脚”动物,不妨设其总头数为 w. 于是有线性方程组 II

这个问题对我们有没有一点启示?面对现实中的问题,我们事实上可以从不同的角度出发,建立起不同的数学模型. 而不同的模型,其求解复杂度可能是不一样的. 比如同样的“鸡兔同笼”问题,我们从两种思路出发,得到了两个线性方程组. 但是这两个方程组都反映同一个原始问题,所以它们必定有密切联系,可以相互转化.

不难看到,线性方程组 I 可由线性方程组 II 经过“换元”得到,反之亦然: