2011年2月21日 星期一

逆矩陣的恆等式

本文的閱讀等級:初級

本文介紹一些有用的逆矩陣恆等式。以下假設所有列出的矩陣加法、乘法和標示為逆矩陣者皆為合法運算。推導逆矩陣恆等式的主要工具包括逆矩陣公式:

$$A^{-1}A=A^{-1}A=I$$

$$(A^{-1})^{-1}=A$$

矩陣乘積的逆矩陣公式(以下簡稱基本公式):

$$(AB)^{-1}=B^{-1}A^{-1}$$

$$(ABC)^{-1}=C^{-1}B^{-1}A^{-1}$$

以及矩陣運算基本性質,即交換律與結合律,

$$A(B+C)=AB+AC$$

$$(A+B)C=AC+BC$$

$$A(BC)=(AB)C$$

正式開始證明之前,我提醒讀者注意幾個相當管用的運算技巧。為了使基本公式發揮功能,設法將矩陣加法改寫為矩陣乘法,從矩陣算式中提出逆矩陣是最常用的步驟,例如,$$I+A^{-1}=(A+I)A^{-1}$$;善用 $$(X^{-1})^{-1}=X$$,若條件允許,先計算複雜矩陣式 $$X$$ 的逆矩陣,化簡分解 $$X^{-1}$$ 之後,再計算一次逆矩陣;此外,代入適當矩陣式 $$X$$ 於 $$X^{-1}X=XX^{-1}=I$$ 也可以創造分解機會。