矩阵的概念#
将矩阵用横线和竖线分成若干小块,每块是一个子矩阵。运算时把这些小块当作”数”来处理。

行向量组与列向量组(按向量分块)#
1. 按行分块 — 行向量组#
将 m×n 矩阵 A 每一行看作一个 1×n 行向量:
A=α1α2⋮αm,αi∈Rn
- 初等行变换 ⇔ 对行向量组做线性组合
- A 的行秩 = 行向量组的秩
2. 按列分块 — 列向量组#
A=(β1,β2,…,βn),βj∈Rm
- 初等列变换 ⇔ 对列向量组做线性组合
- A 的列秩 = 列向量组的秩
- AB 的每一列是 A 列向量的线性组合,系数来自 B 的对应列
分块矩阵的加法与数乘#
只要分块方式相同,直接对应块相加:
(ACBD)+(A′C′B′D′)=(A+A′C+C′B+B′D+D′)
数乘同理,每个块乘 k。
分块矩阵的乘法#
(ACBD)(XZYW)=(AX+BZCX+DZAY+BWCY+DW)规则:完全仿照普通矩阵乘法,但每个乘积中左边矩阵的块在左,右边矩阵的块在右——不可交换
前提:分块方式必须使所有乘积合法(维度一样)(前列数n = 后行数m)。
分块矩阵的转置#
(ACBD)T=(ATBTCTDT)
大块位置按转置交换,且每块自身也要转置。
特殊分块矩阵#
1. 对角分块矩阵#
A=A1⋱Ak性质:
- ∣A∣=∣A1∣⋯∣Ak∣
- A 可逆 ⇔ 每个 Ai 可逆
- A−1=A1−1⋱Ak−1
对角块的方阵要求#
每一块 Ai 必须是方阵吗?
- 严格定义下:是的。 否则 ∣Ai∣ 不存在,Ai−1 也不存在,可逆性、行列式公式全部失效。
- 若只做加法、乘法而不涉及求逆/行列式,非方阵对角块也可参与——只需分块合法。
同阶分块对角矩阵的乘法#
设 A=diag(A1,…,Ak),B=diag(B1,…,Bk),对应块尺寸匹配:
AB=A1B1⋱AkBk
对角块各自相乘,非对角块恒为零。 大矩阵乘法退化为若干小矩阵乘法。
2. 分块上/下三角#
(A0BD)或(AC0D)
行列式:det=∣A∣⋅∣D∣(对角块必须是方阵)
分块矩阵求逆矩阵的简化公式#
① 分块对角(B=0 且 C=0)#
(A00D)−1=(A−100D−1)
② 分块上三角(C=0)#
(A0BD)−1=(A−10−A−1BD−1D−1)
③ 分块下三角(B=0)#
(AC0D)−1=(A−1−D−1CA−10D−1)
④ 反三角形式#
(0CB0)−1=(0B−1C−10)(前提 B,C 均可逆方阵)
这些公式本质上都是从一般舒尔补公式代入零矩阵得到的,但记住简化版可以直接写出结果。