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線性代數(shù) 第5版 陳建華
本書根據(jù)《高等教育本科線性代數(shù)課程教學(xué)基本要求》編寫而成.全書分6章,前3章為基礎(chǔ)部分,介紹行列式、矩陣、向量與線性方程組;后3章為應(yīng)用提高部分,介紹矩陣相似對角化、二次型及線性空間與線性變換的基礎(chǔ)知識.
本書是為普通高等院校非數(shù)學(xué)專業(yè)本科生編寫的,內(nèi)容選擇突出精選、夠用,語言表達(dá)力求通俗易懂,章節(jié)安排考慮了不同專業(yè)的選用需求.本書也可作為大專院校和成人教育學(xué)院的教學(xué)參考書,還可供參加自考的廣大讀者參考.
本書遵循教指委相關(guān)指導(dǎo)文件和高等院校學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律編寫而成。踐行四新理念,融入思政元素,注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。
第5版前言
人才是第一資源,創(chuàng)新是第一動力.黨的二十大報(bào)告將教育、科技與人才三者有機(jī)結(jié)合,強(qiáng)調(diào)“教育、科技、人才是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐”. “用心打造培根鑄魂、啟智增慧的精品教材”是全面深化課程改革,落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的重要組成部分. 本書關(guān)注知識應(yīng)用,內(nèi)容選擇進(jìn)一步適應(yīng)大數(shù)據(jù)時代需求.本書依據(jù)《高等教育本科線性代數(shù)課程教學(xué)基本要求》編寫,同時涵蓋了碩士研究生入學(xué)考試的相關(guān)基本要求.內(nèi)容安排以學(xué)生發(fā)展為本,落實(shí)立德樹人,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新意識,追求學(xué)生在認(rèn)知方式、情感體驗(yàn)、思想境界和實(shí)踐能力等維度發(fā)生實(shí)質(zhì)性的變化,由此達(dá)成培養(yǎng)學(xué)生在數(shù)學(xué)抽象、數(shù)學(xué)推理、數(shù)學(xué)建模等學(xué)科核心素養(yǎng)的高層次發(fā)展目標(biāo). 本書的特點(diǎn)是:關(guān)注學(xué)與教的過程,在優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)、突出主線、精選內(nèi)容的同時,重視知識的精細(xì)處理;概念引入、理論分析、方法敘述等的呈現(xiàn)充分體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教育理念;提供探究型、歸納型或反思型的問題,使部分定理或例題得到預(yù)先思考;提供一定的思維空間,鼓勵學(xué)生用不同的解題方法,發(fā)散學(xué)生的思維,給學(xué)生提供更廣闊的空間去發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力;充分利用好頁面邊欄,通過增加問題、批注或解釋,簡明扼要地介紹方法、歷史、文化等,為讀者架設(shè)閱讀平臺,激發(fā)學(xué)習(xí)熱情,培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣;調(diào)控讀者閱讀教材的節(jié)奏,引導(dǎo)讀者完成一些計(jì)算或推導(dǎo),讓讀者在閱讀理解和解決問題兩種模式間切換,減少注意力疲勞,同時增強(qiáng)教材的預(yù)習(xí)功能. 本書嘗試引入信息技術(shù),初步實(shí)現(xiàn)教材的現(xiàn)代化.本書為讀者提供了大量的文字、圖片、網(wǎng)頁和微視頻等教學(xué)信息,弘揚(yáng)數(shù)學(xué)文化,激發(fā)學(xué)生的愛國情懷.本書利用出版社的平臺,使讀者通過掃描二維碼實(shí)現(xiàn)教與學(xué)資源的共享. 江蘇省教育廳、機(jī)械工業(yè)出版社、揚(yáng)州大學(xué)教務(wù)處、揚(yáng)州大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院對教材的出版和使用給予了大力支持.本次修訂獲揚(yáng)州大學(xué)2022年精品本科教材建設(shè)經(jīng)費(fèi)資助.本書的內(nèi)容取材和編寫思想大量吸收了專家學(xué)者的觀點(diǎn),在此一并向他們表示衷心的感謝. 限于編者的水平,書中難免存在不足,敬請讀者批評、指正. 編者 第4版前言 第3版自2011年5月出版發(fā)行以來,由于其內(nèi)容安排合理,既滿足《高等教育本科線性代數(shù)課程教學(xué)基本要求》和碩士研究生入學(xué)考試的基本要求,又具有文字表述流暢、可讀性強(qiáng)等特點(diǎn),受到了讀者的肯定. 經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)踐和教學(xué)改革,根據(jù)專家、同行的寶貴建議,我們對第3版做了進(jìn)一步修訂.本次修訂保持了第3版的優(yōu)點(diǎn)與特色,期望更好地適應(yīng)“大眾教育”和應(yīng)用型本科院校教育改革的需要,更多的是關(guān)注學(xué)與教的過程. 本書在內(nèi)容的呈現(xiàn)上充分體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教育思想,并努力在概念引入、理論分析、方法敘述等方面的呈現(xiàn)上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新:(1)充分利用好頁面邊欄.通過增加問題、批注或解釋,簡明扼要地介紹方法、歷史、文化等,為讀者搭建閱讀平臺,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣.(2)調(diào)控讀者閱讀教材的節(jié)奏.每隔一定的閱讀量,就這段內(nèi)容,通過提供探究型、歸納型或反思型問題,碎化部分定理或例題,為讀者提供一定的思維空間.引導(dǎo)讀者完成一些計(jì)算或推導(dǎo),讓讀者在閱讀理解和解決問題兩種模式間切換,減少注意力疲勞,同時改善教材的預(yù)習(xí)體驗(yàn). 本次修訂得到了揚(yáng)州大學(xué)出版基金資助,還得到了江蘇省教育廳、揚(yáng)州大學(xué)教務(wù)處和揚(yáng)州大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院給予的大力支持。機(jī)械工業(yè)出版社的編輯們對本次修訂付出了大量勞動。許多想法取材于專家學(xué)者的文獻(xiàn),在此一并表示衷心的感謝. 限于編者的水平,書中難免存在不足,敬請讀者批評指正. 編者 第3版前言 第2版是我們?yōu)槠胀ǜ叩葘W(xué)校非數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生編寫的公共數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課教材.第2版的內(nèi)容選擇依據(jù)《高等教育本科線性代數(shù)課程教學(xué)基本要求》,涵蓋了碩士研究生入學(xué)考試大綱的基本要求,以矩陣為編寫主線,輔以線性空間.第2版的具體闡述遵循了由淺入深、難點(diǎn)分散的原則,力爭刪繁就簡,加強(qiáng)基礎(chǔ).第2版自出版以來,經(jīng)幾輪使用,師生的反映較好,達(dá)到了為學(xué)生提供專業(yè)學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)知識準(zhǔn)備和幫助學(xué)生打下良好的素質(zhì)、能力基礎(chǔ)的目的.但在紛繁復(fù)雜的世界里,數(shù)學(xué)的新應(yīng)用不斷被發(fā)現(xiàn),需要我們及時傳達(dá)給學(xué)生.伴隨著我國高等教育改革的推進(jìn),教材使用者的情況也在不斷變化,需要我們與時俱進(jìn),更好地將線性代數(shù)作為有用、有趣的課程講授給學(xué)生. 本次修訂的主要內(nèi)容包括以下兩個方面: 首先,習(xí)題編寫上做了較大的調(diào)整.從習(xí)題的層次看,根據(jù)小節(jié)配置練習(xí),每章再配置習(xí)題;從習(xí)題的類型看,增加了問答題、選擇題、判斷題等形式的習(xí)題;從習(xí)題的數(shù)量看,本書達(dá)到第2版的兩倍以上.本書給學(xué)生提供了更大的可選擇空間,讓學(xué)生能按照自己的能力和目標(biāo)接受更合理、科學(xué)的訓(xùn)練.希望在增強(qiáng)習(xí)題訓(xùn)練的目的性的同時,提高習(xí)題的教育功能. 其次,正文增加“歷史尋根”“方法索引”“背景聚焦”等欄目,介紹一些與線性代數(shù)課程相關(guān)的數(shù)學(xué)歷史、數(shù)學(xué)應(yīng)用知識及重要的數(shù)學(xué)方法,為開闊學(xué)生眼界、提高學(xué)生素養(yǎng)“鋪路架橋”.值得注意的是,這部分內(nèi)容讀懂多少算多少,可能回過頭再看,自然就能理解,有的也許還需要查閱其他參考書.借助于問答題進(jìn)一步加強(qiáng)代數(shù)與幾何的聯(lián)系,幫助學(xué)生體會幾何對代數(shù)的促進(jìn)作用. 線性代數(shù)是最有用、最有趣的大學(xué)數(shù)學(xué)課程之一.從某種意義上說,線性代數(shù)是一種語言.建議同學(xué)們用學(xué)習(xí)外語的方法每天學(xué)習(xí)這種語言.本書的習(xí)題是為了讓讀者理解教學(xué)內(nèi)容,一個顯著的特點(diǎn)是數(shù)值計(jì)算并不復(fù)雜.要透徹理解每一節(jié)內(nèi)容,必須完成習(xí)題.如果能堅(jiān)持思考每章的問答題,對理解課程內(nèi)容也是很有益的. 本次修訂工作得到揚(yáng)州大學(xué)教務(wù)處和揚(yáng)州大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院的大力支持.感謝揚(yáng)州大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院的全體老師,特別是承擔(dān)線性代數(shù)課程教學(xué)任務(wù)的老師,本書的形成、成長離不開他們的支持. 限于編者水平,書中定有許多不妥之處,敬請讀者指正. 編者 2010年6月第2版前言 第1版自2002年出版以來,經(jīng)幾輪使用,師生的反映較好.第1版的內(nèi)容安排合理,既滿足《高等教育本科線性代數(shù)課程教學(xué)基本要求》,又涵蓋了碩士研究生入學(xué)考試大綱的基本要求,但也存在許多不足之處. 本次修訂,在內(nèi)容組織上仍以矩陣為編寫主線,輔以線性空間.本書在內(nèi)容的具體闡述上遵循了由淺入深,難點(diǎn)分散的原則,刪繁就簡,加強(qiáng)基礎(chǔ);采用“幾何觀點(diǎn)”和“矩陣方法”并重,貫穿始終,便于讀者掌握線性代數(shù)主要內(nèi)容的內(nèi)在規(guī)律;在培養(yǎng)學(xué)生能力上,選擇最重要、最基本的內(nèi)容,有利于學(xué)生形成扎實(shí)的基礎(chǔ),在今后的學(xué)習(xí)中以不變應(yīng)萬變.本書一方面為學(xué)生學(xué)習(xí)提供數(shù)學(xué)知識準(zhǔn)備,另一方面要為學(xué)生今后學(xué)習(xí)打下良好的素質(zhì)、能力基礎(chǔ). 本次修訂的主要內(nèi)容包括以下幾個方面: 1.側(cè)重于高等學(xué)校的理工類專業(yè)學(xué)生的需要,刪去第1版第7章投入產(chǎn)出的數(shù)學(xué)模型. 2.重新選配正文中的部分例題,加以分析,幫助學(xué)生理解相關(guān)理論. 3.在習(xí)題的編寫上,調(diào)整部分習(xí)題,增強(qiáng)習(xí)題的目的性,同時分清層次,讓學(xué)生能按照自己的能力和目標(biāo)接受到科學(xué)的訓(xùn)練.增加習(xí)題答案,方便學(xué)生使用. 4.增加附錄C,介紹數(shù)域和多項(xiàng)式的相關(guān)知識. 5.查、糾教材中遺漏和錯誤. 此次修訂工作得到了機(jī)械工業(yè)出版社、揚(yáng)州大學(xué)教務(wù)處和揚(yáng)州大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院的大力支持.機(jī)械工業(yè)出版社鄭丹和張繼宏兩位老師對本書的修訂出版做了大量工作,在此我們表示衷心感謝. 由于我們水平有限,書中難免有不妥之處,歡迎讀者批評指正. 編者 2005年5月第1版前言 線性代數(shù)是一門重要的基礎(chǔ)課,在自然科學(xué)、工程技術(shù)和管理科學(xué)等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用.根據(jù)《高等教育本科線性代數(shù)課程教學(xué)基本要求》,編者結(jié)合多年從事線性代數(shù)課程教學(xué)的體會編寫了這本書,其目的是為普通高等學(xué)校非數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生提供一本適用面較寬的線性代數(shù)教材. 在編寫過程中,本書借鑒了國內(nèi)外許多優(yōu)秀教材的思想和處理方法,內(nèi)容上突出精選夠用,表達(dá)上力求通俗易懂.根據(jù)非數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生使用的需要,本書以矩陣作為貫穿全書的主線,一方面讓線性方法得以充分體現(xiàn),同時有利于學(xué)生理解線性代數(shù)課程的基本概念和基本原理.在概念的引入、理論分析和例題演算等環(huán)節(jié)上盡可能多地反映代數(shù)與幾何結(jié)合的思想,這樣可以使學(xué)生從幾何背景中理解代數(shù)概念的來龍去脈,并獲得解決問題的啟示.本書重視例題和習(xí)題的設(shè)計(jì)和選配,除了選配鞏固課程內(nèi)容的基本題目,還選配了部分提高題. 本書共7章,前3章為基礎(chǔ)篇,后4章為應(yīng)用提高篇.根據(jù)本科線性代數(shù)課程教學(xué)基本要求,工科類學(xué)生應(yīng)掌握本書的前6章的內(nèi)容;管理專業(yè)、財(cái)經(jīng)專業(yè)學(xué)生應(yīng)掌握本書的前5章和第7章的內(nèi)容;化學(xué)、化工專業(yè)和農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)生應(yīng)掌握本書的前4章的內(nèi)容.開設(shè)工程數(shù)學(xué)(線性代數(shù))課程的專業(yè),學(xué)時數(shù)為27學(xué)時的,選講本教材的前3章以及第4章的第2、3節(jié);學(xué)時數(shù)為36學(xué)時的,選講本教材的前4章以及第5章的大部分內(nèi)容.開設(shè)線性代數(shù)課程的專業(yè),學(xué)時數(shù)為54學(xué)時可講完前6章,或前5章和第7章.教師可以根據(jù)不同專業(yè)和不同教學(xué)時數(shù)選擇有關(guān)章節(jié)進(jìn)行教學(xué).根據(jù)現(xiàn)行研究生入學(xué)考試的考試大綱,從內(nèi)容上看,本書的前6章覆蓋了數(shù)學(xué)(一)的考試要求,本書的前5章覆蓋了數(shù)學(xué)(三)的考試要求,本書的前4章覆蓋了數(shù)學(xué)(二)和數(shù)學(xué)(四)的考試要求. 在編寫過程中,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)章璞教授對本書的編寫大綱提出了許多寶貴的意見.揚(yáng)州大學(xué)蔡傳仁教授審閱了全書,蔣宏圣副教授校閱了書稿.機(jī)械工業(yè)出版社,揚(yáng)州大學(xué)教務(wù)處、理學(xué)院和數(shù)學(xué)系對本書的編寫出版給予了很大的幫助,在此表示衷心的感謝.此外,編者從學(xué)習(xí)代數(shù)學(xué)到講授代數(shù)課程,始終得到方洪錦教授、蔡傳仁教授的指導(dǎo)和揚(yáng)州大學(xué)數(shù)學(xué)系老師的關(guān)心,在此一并表示感謝. 由于編者水平有限,書中內(nèi)容、體系、結(jié)構(gòu)不當(dāng)甚至錯誤在所難免,敬請各位專家、學(xué)者不吝賜教,歡迎讀者批評指正. 編者 2002年2月
高等院校教師
目錄
第5版前言 第4版前言 第3版前言 第2版前言 第1版前言 第1章行列式 1.1行列式的定義 1.1.1二階、三階行列式 1.1.2數(shù)碼的排列 1.1.3n階行列式的定義 歷史尋根:行列式 習(xí)題1.1 1.2行列式的性質(zhì) 習(xí)題1.2 1.3行列式的展開定理 1.3.1余子式和代數(shù)余子式 1.3.2行列式按行(列)展開定理 *1.3.3拉普拉斯(Laplace)展開 定理 背景聚焦:解析幾何中的行列式 習(xí)題1.3 *1.4行列式的計(jì)算 1.4.1利用行列式的定義 1.4.2化為上(下)三角形行列式 1.4.3利用行列式展開定理 方法索引:數(shù)學(xué)歸納法 1.4.4數(shù)學(xué)歸納法 歷史尋根:范德蒙德 1.4.5遞推法 1.4.6升階法(加邊法) 1.4.7利用已知行列式 1.4.8綜合例題 習(xí)題1.4 1.5克拉默(Cramer)法則 歷史尋根:克拉默 習(xí)題1.5 總習(xí)題一 第2章矩陣 2.1矩陣的定義與運(yùn)算 2.1.1矩陣的概念 歷史尋根:矩陣 2.1.2矩陣的加法 2.1.3數(shù)乘矩陣 2.1.4矩陣與矩陣的乘法 2.1.5方陣的冪運(yùn)算 2.1.6矩陣的轉(zhuǎn)置 2.1.7共軛矩陣 背景聚焦:天氣的馬爾可夫 (Markov)鏈 習(xí)題2.1 2.2幾種特殊的矩陣 2.2.1對角矩陣、數(shù)量矩陣和 單位矩陣 2.2.2上(下)三角形矩陣 2.2.3對稱矩陣和反對稱矩陣 2.2.4冪零矩陣、冪等矩陣和冪幺矩陣 習(xí)題2.2 2.3可逆矩陣 2.3.1方陣的行列式 2.3.2方陣的逆 2.3.3矩陣方程 背景聚焦:矩陣密碼法 習(xí)題2.3 2.4矩陣的分塊 2.4.1矩陣的分塊及運(yùn)算 2.4.2可逆分塊矩陣 習(xí)題2.4 2.5矩陣的初等變換與初等矩陣 2.5.1矩陣的初等變換 2.5.2初等矩陣 2.5.3初等矩陣與初等變換 2.5.4用初等變換的方法求逆矩陣 習(xí)題2.5 2.6矩陣的秩 2.6.1子式 2.6.2矩陣的秩 2.6.3初等變換求矩陣的秩 2.6.4幾個常見的結(jié)論 歷史尋根:凱萊 習(xí)題2.6 總習(xí)題二 第3章向量與線性方程組 3.1線性方程組解的存在性 3.1.1高斯(Gauss)消元法 3.1.2線性方程組解的存在性 歷史尋根:線性方程組 習(xí)題3.1 3.2向量組的線性相關(guān)性 3.2.1n維向量的概念 3.2.2線性表示與線性組合 3.2.3線性相關(guān)與線性無關(guān) 3.2.4線性相關(guān)性的幾個定理 歷史尋根:向量 習(xí)題3.2 3.3向量組的秩 3.3.1向量組的等價 3.3.2極大線性無關(guān)組與向量組的秩 3.3.3向量組的秩與矩陣的秩的關(guān)系 習(xí)題3.3 3.4向量空間 3.4.1向量空間的概念 3.4.2基、維數(shù)與坐標(biāo) 3.4.3子空間及其維數(shù) 習(xí)題3.4 3.5線性方程組解的結(jié)構(gòu) 3.5.1齊次線性方程組解的結(jié)構(gòu) 3.5.2非齊次線性方程組解的結(jié)構(gòu) 習(xí)題3.5 總習(xí)題三 第4章矩陣相似對角化 4.1歐氏空間Rn 4.1.1內(nèi)積的概念 4.1.2標(biāo)準(zhǔn)正交基 4.1.3正交矩陣及其性質(zhì) 習(xí)題4.1 4.2方陣的特征值和特征向量 4.2.1特征值和特征向量的基本 概念 方法索引:求實(shí)系數(shù)多項(xiàng)式的實(shí)根 4.2.2特征值的性質(zhì) 背景聚焦:特征值與Buckey球的 穩(wěn)定性 4.2.3特征向量的性質(zhì) 歷史尋根:特征值和特征向量 習(xí)題4.2 4.3矩陣相似對角化條件 4.3.1相似矩陣 4.3.2矩陣可對角化條件 4.3.3矩陣相似對角化的應(yīng)用 背景聚焦:工業(yè)增長模型 習(xí)題4.3 4.4實(shí)對稱矩陣的相似對角化 4.4.1實(shí)對稱矩陣的特征值和特征 向量 4.4.2實(shí)對稱矩陣相似對角化 背景聚焦:面貌空間 習(xí)題4.4 *4.5Jordan標(biāo)準(zhǔn)形介紹 4.5.1Jordan矩陣 4.5.2Jordan標(biāo)準(zhǔn)形定理 4.5.3Jordan標(biāo)準(zhǔn)形的求法 歷史尋根:矩陣論 總習(xí)題四 第5章二次型 5.1二次型及其矩陣表示 5.1.1基本概念 5.1.2線性替換 5.1.3矩陣的合同 歷史尋根:二次型 習(xí)題5.1 5.2化二次型為標(biāo)準(zhǔn)形 5.2.1正交替換法 5.2.2配方法 5.2.3初等變換法 習(xí)題5.2 5.3化二次型為規(guī)范形 5.3.1實(shí)二次型的規(guī)范形 5.3.2復(fù)二次型的規(guī)范形 習(xí)題5.3 5.4正定二次型和正定矩陣 5.4.1基本概念 5.4.2正定二次型的判定 5.4.3正定矩陣的性質(zhì) 5.4.4其他有定二次型 習(xí)題5.4 總習(xí)題五 *第6章線性空間與線性變換 6.1線性空間的概念 6.1.1線性空間的定義與例子 6.1.2線性空間的簡單性質(zhì) 6.1.3子空間 6.1.4實(shí)內(nèi)積空間 習(xí)題6.1 6.2線性空間的基、維數(shù)和坐標(biāo) 6.2.1基與維數(shù) 6.2.2坐標(biāo) 6.2.3基變換與坐標(biāo)變換 習(xí)題6.2 6.3線性變換 6.3.1線性變換的概念 6.3.2線性變換的簡單性質(zhì) 6.3.3線性變換的矩陣表示 習(xí)題6.3 6.4線性變換在不同基下的矩陣 習(xí)題6.4 總習(xí)題六 附錄 附錄A矩陣特征問題的數(shù)值解 附錄B矩陣廣義逆簡介 附錄C數(shù)域與多項(xiàng)式簡介 部分習(xí)題答案與提示 參考文獻(xiàn)
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