Inverse

Inverse[m]

给出方阵 m 的逆.

更多信息和选项

  • Inverse 适用于符号和数值矩阵.
  • 对一个近似实数或复数的矩阵,对给定输入产生的逆矩阵有最大可能的精度. 对于病态矩阵会给出警告信息.
  • Inverse[m,Modulus->n] 计算模 n 的逆.
  • Inverse[m,ZeroTest->test] 计算 test[m[[i,j]]] 以确定矩阵元素是否为零. 默认设置是 ZeroTest->Automatic.
  • 可以给出 Method 选项. 精确和符号矩阵的设置包括:"CofactorExpansion""DivisionFreeRowReduction""OneStepRowReduction". Automatic 的默认设置会根据给定的矩阵在各种方法之间切换.

范例

打开所有单元关闭所有单元

基本范例  (3)

一个 2×2 矩阵的逆:

在网格中输入矩阵:

符号矩阵的逆:

范围  (14)

基本用法  (9)

求机器精度的矩阵的逆矩阵:

复矩阵的逆矩阵:

精确矩阵的逆矩阵:

任意精度的矩阵的逆矩阵:

符号矩阵的逆矩阵:

验证符号的逆可能需要化简:

可高效求出大型机器精度矩阵的逆矩阵:

有限域上矩阵的逆:

CenteredInterval 矩阵的逆:

找出 m 的随机表示 mrep

验证 minv 是否包含 mrep 的逆:

TraditionalForm 格式:

特殊矩阵  (5)

用正常矩阵的形式返回稀疏矩阵的逆矩阵:

格式化结果:

可能的情况下,以另一个结构化矩阵的形式返回结构化矩阵的逆矩阵:

这并不总是可行的:

IdentityMatrix 是自身的逆矩阵:

HilbertMatrix 的逆矩阵:

可视化不同矩阵大小的逆矩阵:

计算由次数为 的单变量多项式的组成的 矩阵的逆矩阵:

选项  (2)

Modulus  (1)

使用算数模数 5 计算逆矩阵:

使用常态算数计算逆矩阵:

可视化两个结果:

ZeroTest  (1)

自动零检验无法检测到下列矩阵为非奇异矩阵:

问题是右下的条目在机器精度下出现下溢:

该条目值很小但不为零:

使用任意精度算法的零检验计算逆矩阵:

应用  (10)

求解方程  (4)

求解方程组 , , . 首先,形成系数矩阵 和常数向量

TemplateBox[{a}, Inverse].b 给出解

将解代入原始方程组验证该解:

求解矩阵方程

左边等式两边同时乘以 TemplateBox[{m}, Inverse] 显示 x=TemplateBox[{m}, Inverse].b

使用 LinearSolve 验证结果;

对于数字尤其是稀疏方程组,LinearSolve 会快很多:

求解矩阵方程

左边等式两边同时乘以 TemplateBox[{m}, Inverse] 显示 x=TemplateBox[{m}, Inverse].y

将解代入原始方程验证该解:

求解常微分方程组 , , . 首先, 右边构建系数矩阵:

求特征值和特征向量:

构建对焦矩阵,其项为 的指数:

构建列为对应特征向量的矩阵:

对于三个任意起始值,通解为 p.d.TemplateBox[{p}, Inverse].{TemplateBox[{1}, CTraditional],TemplateBox[{2}, CTraditional],TemplateBox[{3}, CTraditional]}

使用 DSolveValue 验证解:

基底/坐标的变换  (6)

TemplateBox[{}, Reals]^3 中将一个一般向量表达为向量 的线性组合形式. 首先,通过检验向量的零空间是否为空来验证向量是否线性独立:

建立矩阵 ,其列为基向量:

一般向量的系数 TemplateBox[{p}, Inverse].v 给出:

检验 实际上等于线性组合

求出将基底 的坐标转换为基底 的坐标的基底变换矩阵:

列为从 坐标变为标准坐标的 转换的矩阵

列为从 坐标变为标准坐标的 转换的矩阵

其逆矩阵从标准坐标转换回 坐标:

所以,TemplateBox[{q}, Inverse].p 坐标转换为 坐标:

表示线性运算符 ,该运算符在标准坐标中的表达由基底 , , 中的 给出:

列为从 坐标变为标准坐标的 转换的矩阵

逆矩阵从标准坐标转换为 坐标:

所以, 坐标中的表示为:

Inverse 可用于将矩阵对角化为 m=p.d.TemplateBox[{p}, Inverse]. 计算 的特征值和特征向量:

从特征值构建对角矩阵 和列为特征向量的矩阵

验证等式 m=p.d.TemplateBox[{p}, Inverse]

矩阵的任意函数现在可以计算为 f(m)=p.f(d).TemplateBox[{p}, Inverse]. 比如,MatrixPower

同样,MatrixExp 变为平凡函数,只需要指数化 的对角元素:

变换矩阵的 Inverse 在求逆运算中给出矩阵. 比如,思考一个 的平移:

变换矩阵的逆矩阵通过相反动作给出平移:

考虑一个一般仿射变换:

构建逆转换:

验证这两个转换相互抵消:

对于映射 f:x in TemplateBox[{}, Reals]^n->y in TemplateBox[{}, Reals]^n,逆映射 TemplateBox[{{f, ^, {(, {(, {-, 1}, )}, )}}, y}, Grad] 的逆 Jacobian 矩阵由 TemplateBox[{{(, TemplateBox[{f, x}, Grad, SyntaxForm -> Del], )}}, Inverse] 给出. 考虑从笛卡尔坐标到球坐标的映射:

计算点 处的 Jacobian 坐标:

逆映射是从球坐标到笛卡尔坐标的变换:

验证逆函数:

计算对应 坐标处的逆映射的 Jacobian 矩阵:

确认等式 TemplateBox[{{f, ^, {(, {(, {-, 1}, )}, )}}, y}, Grad]=TemplateBox[{{(, TemplateBox[{f, x}, Grad, SyntaxForm -> Del], )}}, Inverse]

属性和关系  (13)

对于 矩阵 Inverse 满足关系 a.TemplateBox[{a}, Inverse]=TemplateBox[{a}, Inverse].a=IdentityMatrix[n]

Inverse 满足关系 TemplateBox[{{(, {a, ., b}, )}}, Inverse]=TemplateBox[{b}, Inverse].TemplateBox[{a}, Inverse]

Inverse 满足关系 TemplateBox[{{(, TemplateBox[{a}, Transpose], )}}, Inverse]=TemplateBox[{{(, TemplateBox[{a}, Inverse], )}}, Transpose]

方块矩阵有且仅有在其行列式不为零的情况下有逆矩阵:

另外,逆矩阵 TemplateBox[{TemplateBox[{a}, Inverse, SyntaxForm -> SuperscriptBox]}, Det] 的行列式等于 1/(TemplateBox[{a}, Det])

MatrixPower[m,-1] 等于 Inverse[m]

对于可逆矩阵 Inverse[a] 等于 Adjugate[a]/Det[a]

对于可逆 n×n 矩阵,Inverse[m] 等于 LinearSolve[m,IdentityMatrix[n]]

正交矩阵的逆矩阵由 Transpose 给出:

酉矩阵的逆矩阵由 ConjugateTranspose 给出:

矩阵和其逆矩阵的对称性相同:

QuantityArray 和其逆函数的单位互为倒数:

对于可逆矩阵 Inverse[a]PseudoInverse[a] 相同:

PseudoInverse 可扩展到奇异矩阵和矩形矩阵:

对于可逆矩阵 Inverse[a]DrazinInverse[a] 相等:

DrazinInverse 可扩展到奇异方阵:

可能存在的问题  (3)

逆可能不存在:

通常存在一个伪逆:

对于矩形矩阵,完整的逆不存在:

使用 PseudoInverse

对于机器精度的病态数值矩阵,求不出精确的逆:

精确结果:

任意精度结果:

Wolfram Research (1988),Inverse,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/Inverse.html (更新于 2024 年).

文本

Wolfram Research (1988),Inverse,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/Inverse.html (更新于 2024 年).

CMS

Wolfram 语言. 1988. "Inverse." Wolfram 语言与系统参考资料中心. Wolfram Research. 最新版本 2024. https://reference.wolfram.com/language/ref/Inverse.html.

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Wolfram 语言. (1988). Inverse. Wolfram 语言与系统参考资料中心. 追溯自 https://reference.wolfram.com/language/ref/Inverse.html 年

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