第一章线性方程组§1解线性方程组的算法习题1.1§2线性方程组的解的情况及其判别准则习题1.2§3数域习题1.3第二章行列式§1n元排列习题2.1§2n阶行列式的定义习题2.2§3行列式的性质习题2.3§4行列式按一行(或列)展开习题2.4§5克拉默法则习题2.5§6行列式按k行(或列)展开习题2.6第三章n维向量空间Kn§1n维向量空间Kn的概念习题3.1§2线性相关与线性无关的向量组习题3.2§3极大线性无关组·向量组的秩习题3.3§4矩阵的秩习题3.4§5线性方程组有解的充要条件习题3.5§6齐次线性方程组的解集的结构习题3.6§7非齐次线性方程组的解集的结构习题3.7§8基·维数习题3.8第四章矩阵的运算§1矩阵的加法、数量乘法和乘法运算习题4.1§2特殊矩阵习题4.2§3矩阵乘积的秩与行列式习题4.3§4可逆矩阵习题4.4§5矩阵的分块习题4.5§6正交矩阵习题4.6第五章矩阵的相抵与相似§1矩阵的相抵习题5.1§2矩阵的相似习题5.2§3矩阵的特征值和特征向量习题5.3§4矩阵可对角化的条件习题5.4§5实对称矩阵的对角化习题5.5第六章二次型·矩阵的合同§1二次型和它的标准形习题6.1§2实二次型的规范形习题6.2§3正定二次型与正定矩阵习题6.3第七章线性空间§1线性空间的结构习题7.1§2子空间的交与和·子空间的直和习题7.2§3线性空间的同构习题7.3第八章线性映射§1线性映射及其运算习题8.1§2线性变换和线性映射的矩阵表示·线性变换的特征值和特征向量习题8.2*§3若尔当标准形习题8.3第九章欧几里得空间和酉空间§1欧几里得空间的结构习题9.1§2正交补·正交投影习题9.2§3正交变换习题9.3§4酉空间习题9.4*§5双线性函数习题9.5习题答案与提示参考文献
第二版前言这次对本书的修订主要在以下几个方面: 1. 更加鲜明地突出了“线性代数”课程的主线: 研究线性空间的结构及其线性映射.几何空间(以定点O为起点的所有向量组成的集合)对于向量的加法和数量乘法构成实数域R上的3维线性空间.研究n维线性空间的动力之一是: 在解线性方程组的时候,我们希望从线性方程组的系数和常数项直接判断线性方程组有没有解,有多少解.由于数域K上n元线性方程组的每个解(如果存在的话)是K中n个数组成的有序数组,因此我们需要研究数域K上所有n元有序数组组成的集合Kn的结构.为此,在Kn中规定有序数组的加法和数量乘法,它们满足加法交换律、结合律等8条运算法则(几何空间中向量的加法与数量乘法也满足8条运算法则),于是把Kn称为数域K上的n维向量空间.通过研究Kn的结构,我们得到: 数域K上n元线性方程组有解的充要条件是它的增广矩阵与系数矩阵有相等的秩,并且当有解时,若n元线性方程组的系数矩阵A的秩等于n,则该方程组有唯一解;若系数矩阵A的秩小于n,则该方程组有无穷多个解.进一步,我们研究数域K上n元齐次线性方程组的解集W的结构,得到: W是Kn的一个子空间,称为n元齐次线性方程组的解空间.于是,只要找到W的一个基(n元齐次线性方程组的一个基础解系),就对解空间W的结构了如指掌了.一个矩阵A有行向量组也有列向量组.我们证明了阶梯形矩阵J的列向量组的秩与行向量组的秩相等,都等于J的非零行数;接着证明了初等行变换不改变矩阵的行向量组的秩,也不改变矩阵的列向量组的秩.由此得到矩阵A的行向量组的秩等于列向量组的秩,于是把它们统称为A的秩.我们还证明了非零矩阵A的秩等于A的不为0的子式的最高阶数.于是,矩阵A的秩可以从三个角度刻画: A的秩等于A的行向量组的秩,也等于A的列向量组的秩,还等于A的不为0的子式的最高阶数.这表明,矩阵的秩的概念多么深刻!这样讲矩阵的秩这个重要概念是符合“线性代数”课程的主线的.在第五章开头,我们在平面上取一个直角坐标系Oxy,用e→1,e→2分别表示x轴、y轴正向的单位向量,它们构成平面的一个基.我们得出了平面上在x轴上的正投影Px在基e→1,e→2下的矩阵A.设σ是平面上绕点O转角为θ的旋转,e→1,e→2在σ下的像是e→*1,e→*2.我们求出了Px在基e→*1,e→*2下的矩阵是S-1AS,其中S是旋转σ的矩阵.由此引出矩阵相似的概念,指出平面上在x轴上的正投影Px在平面的不同基下的矩阵是相似的.由此进一步指出研究相似的矩阵有哪些性质,在相似的矩阵中有没有最简单的形式,以及如何求矩阵的特征值和特征向量是研究线性变换的最简单形式矩阵表示的基础.研究线性空间结构的途径有: 基和维数,子空间的直和分解,线性空间的同构.我们在第七章§2的定理8中指出: 设V1,V2,…,Vs都是数域K上n维线性空间V的子空间,则V=V1V2…Vs当且仅当V1的一个基、V2的一个基……Vs的一个基合起来是V的一个基.这个结论对于研究n维线性空间的结构起着重要作用.2. 把作者的讲课经验写到教材中.(1) 讲一个重要概念时要抓住三个重点: 第一,这个概念是怎么来的,这时要尽可能通俗易懂地讲;第二,这个概念的含义要准确,这时要透彻地讲;第三,这个概念有什么用,这时要适当作介绍.以第五章§3中矩阵的特征值和特征向量的概念为例.(2) 讲定理时首先讲几何空间中的例子.3. 注重让学生体会解题的最佳思路是运用理论的最新进展.4. 增加了一些重要的定理和命题,并且对书中所有定理和命题都写出了证明.书中打“*”号的定理和命题不作为教学要求,供有兴趣的读者自学.5. 增加了一些重要的例题和习题,并且对书中多数习题给出了较详细的提示或解答.书中打“*”号的例题和习题不作为教学要求,供有兴趣的读者自学.本书可作为高等学校理工类和经管类本、专科“线性代数”课程的教材,又可作为自学考试辅导用书.教师可根据周学时选用本书: 每周4学时,可讲授全书各章; 每周3学时,可讲授前六章.作者感谢本书的责任编辑曾琬婷,她为本书的编辑出版付出了辛勤的劳动.作者热忱欢迎广大读者对本书提出宝贵意见.丘维声于北京大学数学科学学院2024年6月
本书第一版是“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”,2004年被评为“北京高等教育精品教材”。本书突出了“线性代数”课程的主线是研究线性空间的结构及其线性映射,把作者讲课的经验写进了教材中,既科学地阐述了线性代数的基本内容,又深入浅出、简明易懂。
丘维声 ---------------------------- 丘维声:北京大学教师、博士生导师。曾获全国高等学校第一届国家 级教学名师奖,三次被评为北京大学最受学生爱戴的十佳教师,获北京市高等学校教学成果一等奖、宝钢教育奖优秀教师特等奖、北京大学杨芙清-王阳元院士教学科研特等奖,被评为北京市科学技术先进工作者、全国电视大学优秀主讲教师,三次获北京大学教学优秀奖等。
本书第一版是“普通高等教育‘十一五’国家 级规划教材”,2004年被评为“北京高等教育精品教材”。本书是高等学校数学基础课“线性代数”的教材.全书共分九章,内容包括: 线性方程组,行列式,n维向量空间Kn,矩阵的运算,矩阵的相抵与相似,二次型·矩阵的合同,线性空间,线性映射,欧几里得空间和酉空间.本书按节配置适量习题,书末附有习题答案与提示,供教师和学生参考。本书突出了“线性代数”课程的主线是研究线性空间的结构及其线性映射,把作者讲课的经验写进了教材中,既科学地阐述了线性代数的基本内容,又深入浅出、简明易懂。本书精选了线性代数的内容,由具体到抽象地安排教学内容体系,这使学生能由浅入深地进行学习,便于学生理解与掌握,同时又使学时较少的学生只需学习本书前六章就可了解线性代数的概貌,掌握其最基本的内容.本书在讲授知识的同时,注重培养学生的数学思维方式.本书内容按照数学思维方式进行组织和编写,既使学生容易学到知识,又使学生从中受到数学思维方式的熏陶,从而终身受益。本书可作为高等学校理工类和经管类本、专科“线性代数”课程的教材,又可作为自学考试辅导用书。