定义

设 为 阶方阵。若存在 阶方阵 ,使得

则称 为可逆矩阵(或非奇异矩阵), 称为 的逆矩阵,记作

若不存在这样的 ,则称 为不可逆矩阵(或奇异矩阵)。

可逆矩阵必为方阵。逆矩阵若存在,则必唯一。考研中常与行列式、秩、特征值、线性方程组、矩阵方程、相似合同等结合考查。

充要条件

  1. 按定义:
  1. 行列式条件:
  1. 秩条件:

即 为满秩矩阵。

  1. 等价标准形条件:

即 可经有限次初等变换化为 。

  1. 初等矩阵乘积条件:
  1. 齐次线性方程组条件:
  1. 非齐次线性方程组条件:
  1. 列(行)向量组条件:
  1. 特征值条件:
  1. 伴随矩阵条件:
且

必要条件

  1. 必为 阶方阵。

  2. 行列式非零:

  1. 秩为 :
  1. 特征值全不为零。

  2. 行向量组、列向量组均线性无关。

  3. 齐次方程组 只有零解。

  4. 零不是 的特征值。

  5. 若 可逆且 ,则 可逆;若 可逆且 ,则 可逆。

其他性质

  1. 逆矩阵唯一:
  1. 乘积的逆:

更一般地,

  1. 转置的逆:
  1. 数乘的逆:
  1. 行列式关系:
  1. 伴随矩阵关系:
  1. 幂的逆:
  1. 若 可逆,则对任意正整数 ,
  1. 初等矩阵均可逆,且其逆仍为同类型初等矩阵。

  2. 对角矩阵可逆:

且
  1. 分块对角矩阵可逆:
且
  1. 可逆性与相似、合同:

题型与应用

  1. 判断矩阵可逆性: 计算行列式是否非零,或求秩是否为 ,或判断特征值是否全非零。

  2. 求逆矩阵: 常用方法:

    • 伴随矩阵法:
    • 初等行变换法:
    • 分块求逆:
  3. 解矩阵方程:

    • 若 可逆,则
  4. 求参数使矩阵可逆: 令 或 ,解参数不等式。

  5. 利用可逆性证明: 证明 ;证明可逆矩阵的乘积可逆;证明可逆矩阵与单位矩阵等价。

  6. 概念辨析题: 区分“可逆、满秩、行列式非零、特征值全非零、行(列)向量线性无关”等等价条件。注意:

    但迹非零、主对角元全非零均不能推出可逆。