伴随矩阵的计算公式是:
\[ A^* = |A| A^{-1} \]
其中:
\( A \) 是 \( n \times n \) 的方阵。
\( |A| \) 是矩阵 \( A \) 的行列式。
\( A^{-1} \) 是矩阵 \( A \) 的逆矩阵。
这个公式表明伴随矩阵 \( A^* \) 是由矩阵 \( A \) 的行列式与 \( A \) 的逆矩阵相乘得到的。
证明:
定义:
伴随矩阵 \( A^* \) 是由 \( A \) 的所有代数余子式构成的矩阵,并且满足 \( AA^* = A^*A = |A|E \),其中 \( E \) 是单位矩阵。
行列式关系:
根据行列式的性质,有 \( |A^*| = |A|^{n-1} \)。这是因为 \( A^* \) 的每个元素是 \( A \) 的某个代数余子式,而代数余子式的行列式是原矩阵行列式的 \( (n-1) \) 次方。
逆矩阵关系:
由于 \( AA^* = |A|E \),我们可以得到 \( A^* = |A| A^{-1} \)。这是因为如果 \( A \) 是可逆的,那么两边同时左乘 \( A^{-1} \) 可得 \( A^*A = |A|E \),再右乘 \( A^{-1} \) 可得 \( AA^* = |A|E \)。
特殊情况:
当矩阵的阶数 \( n = 1 \) 时,伴随矩阵 \( A^* \) 为一阶单位方阵。
如果矩阵 \( A \) 有一行或一列包含的元素全为零,则 \( \det(A) = 0 \),从而 \( A^* \) 也为零矩阵。
如果矩阵 \( A \) 有两行或两列相等,则 \( \det(A) = 0 \),从而 \( A^* \) 也为零矩阵。
这些结论可以通过余子式展开加以证明。
总结:
伴随矩阵的计算公式是 \( A^* = |A| A^{-1} \),并且伴随矩阵的行列式是原矩阵行列式的 \( (n-1) \) 次方。这个公式在矩阵分析和线性代数中有着广泛的应用。