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矩阵的等价关系与矩阵分类

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前言:

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等价关系是一种二元关系.

设非空集合S和其上的二元关系~,满足:

(1)自反性:A~A;

(2)对称性:A~B,则B~A;

(3)传递性:A~B,B~C,则A~C.

则称~是集合S上的一个等价关系.

例子:

(1) 三角形的全等关系,三角形的相似关系是等价关系.

(2) 在一个班级里“年龄相等”的关系是等价关系.

但并不是所有关系都是等价关系,比如祖孙三代间的父子关系,只满足对称性,但不满足自反性和传递性。

数学上的等价关系可以用于分类。

设S={Ai | i∈I}是A的一个分类,规定~为: a~b ⇔ a与b属于同一个类

则~是A上的一个等价关系。

设~是A上的一个等价关系,对于a∈A,

令[a]={x | x ∈A ,x~a }.称[a]是集合A上包含a的一个等价类。

矩阵等价意味着两个矩阵的秩相等。

矩阵等价性质:

矩阵A和A等价(反身性);

矩阵A和B等价,那么B和A也等价(等价性);

矩阵A和B等价,矩阵B和C等价,那么A和C等价(传递性);

由于秩相等这种关系在不同的矩阵之间满足自反、对称和传递的要求,所以矩阵的秩相等是一种等价关系。

这种等价关系可以将阶次相同的矩阵按照秩的不同进行分类:

上图的n+1个子集是包括0矩阵在内,0矩阵的秩等于0。也就是把所有的n阶矩阵按照秩的不同分为n+1类:秩为0 的矩阵、秩为1 的矩阵、秩为2 的矩阵.。。。。。。秩为n 的矩阵。

矩阵间的等价关系可以通过可逆矩阵进行判断:

而可逆矩阵又可以表示为初等矩阵的乘积:

初等矩阵又代表着一个初等变换:

所以,矩阵的等价关系是通过初等变换来进行判断的。因为矩阵的初等变换是一种最基本的步骤,这也说明,再复杂的数学问题,最终都必须通过一个个最基本的操作来完成。

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