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479 字
1 分钟
2.5矩阵的转置
2026-04-21

定义#

  • 矩阵的转置,设矩阵 A=(aij)m×nA = (a_{ij})_{m \times n}
    • 其转置记为:AT=(aji)n×m A^T = (a_{ji})_{n \times m}
    • 有点类似于沿着y=-x对称翻转矩阵
      • 行变列,列变行
      • ii 行第 jj 列 → 第 jj 行第 ii
  • 对称矩阵就类似关于y=-x对称的矩阵。
    • 对称矩阵AT=AA^T =A
    •  若 A,B 为同阶对称矩阵,则 A+B,AB 仍为对称矩阵 \text { 若 } A, B \text { 为同阶对称矩阵,则 } A+B, A-B \text { 仍为对称矩阵 }
    •  若 A 为对称矩阵,则 kA,Am 仍为对称矩阵.( k 为常数,m 为正整数).\text { 若 } A \text { 为对称矩阵,则 } k A, A^{m} \text { 仍为对称矩阵.( } k \text { 为常数,} m \text { 为正整数).}
    •  若 A,B 为同阶对称矩阵,则 AB 为对称矩阵的充要条件是 AB=BA .\text { 若 } A, B \text { 为同阶对称矩阵,则 } A B \text { 为对称矩阵的充要条件是 } A B=B A \text { .}
    •  对任意 m×n 矩阵 A ,则 ATA,AAT 均为对称矩阵。 \text { 对任意 } m \times n \text { 矩阵 } A \text { ,则 } A^{T} A, A A^{T} \text { 均为对称矩阵。 }
  • 反对称矩阵主对角线上元素全为 0、关于主对角线对称的元素互为相反数aij=ajia_{ij}=−a_{ji},其AT=AA^T=-A
    •  若 A 为反对称矩阵,k 为常数,则 kA 仍为反对称矩阵.\text { 若 } A \text { 为反对称矩阵,} k \text { 为常数,则 } k A \text { 仍为反对称矩阵.}
    •  若 A 为反对称矩阵, k 为正整数, 则 Ak 为 { 对称矩阵, k 为偶数;  反对称矩阵, k 为奇数. \text { 若 } A \text { 为反对称矩阵, } k \text { 为正整数, 则 } A^{k} \text { 为 }\left\{\begin{array}{l}\text { 对称矩阵, } k \text { 为偶数; } \\\text { 反对称矩阵, } k \text { 为奇数. }\end{array}\right.

基本性质#

1. 转置抵消#

(AT)T=A(A^T)^T = A

2. 加法#

(A+B)T=AT+BT(A + B)^T = A^T + B^T

3. 数乘#

(kA)T=kAT(kA)^T = k A^T

4. 乘法#

(AB)T=BTAT(AB)^T = B^T A^T

注意:相乘的矩阵顺序需反转 衍生性质:对所有方阵A和正整数k都有(Ak)T=(AT)k(A^k)^T=(A^T)^k


行列式与转置#

AA 为方阵:

AT=A|A^T| = |A|

逆矩阵与转置#

AA 可逆:

(A1)T=(AT)1(A^{-1})^T = (A^T)^{-1}

%%

五、特殊矩阵#

1. 对称矩阵#

AT=AA^T = A

👉 特点:

  • 关于主对角线对称
  • aij=ajia_{ij} = a_{ji}

2. 反对称(斜对称)矩阵#

AT=AA^T = -A

👉 推论:

aii=0a_{ii} = 0

3. 正交矩阵(重要)#

ATA=EA^T A = E

等价于:

A1=ATA^{-1} = A^T

内积与转置(常考)#

向量 x,yx, y

xTy=内积x^T y = \text{内积}

👉 性质:

(xTy)T=yTx(x^T y)^T = y^T x

七、与二次型的关系(进阶)#

xTAxx^T A x

👉 若 A=ATA = A^T(对称):

  • 表达更简洁
  • 常用于最优化、物理问题

%%

常见变形技巧(计算核心)#

1. 利用转置改变乘法顺序#

(ABC)T=CTBTAT(ABC)^T = C^T B^T A^T

2. 构造对称形式#

例如:

A+ATA + A^T

这个整体一定是对称矩阵。对称矩阵就类似关于y=-x对称的矩阵。


3. 构造反对称#

AATA - A^T

一定是反对称矩阵。反对称矩阵主对角线上元素全为 0、关于主对角线对称的元素互为相反数aij=ajia_{ij}=−a_{ji}


易错点总结#

⚠️ 1. 乘法顺序写反

  • 正确:
(AB)T=BTAT(AB)^T = B^T A^T

⚠️ 2. 忘记维度变化

  • m×nn×mm \times n \rightarrow n \times m

⚠️ 3. 把转置当逆

  • 一般:
ATA1A^T \neq A^{-1}

只有正交矩阵成立#

⚠️ 4. 向量方向错误

  • 行向量 ↔ 列向量

十、速记口诀#

转置两次回原矩;
加法数乘都不变;
乘法顺序要倒转;
对称等于自身转。


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2.5矩阵的转置
https://wander-seek.asia/posts/25矩阵的转置/
作者
Coldgerm
发布于
2026-04-21
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0

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