任意一個只含有0,1的矩陣,可不可以只通過矩陣變換,使得所有的元素均變為1?

如下三階矩陣
0 1 1
1 1 1
0 1 0
能否只通過矩陣變換(行與行、列與列只能做加法,且1+1=0),使得所有元素均變為1。如果不能,則還需要添加什麼矩陣操作。


謝邀,首先,題主你的問題其實就是一個mathbb F_2上的矩陣能否變成全是1的形式
首先,任意一個域上的矩陣都可以通過三種初等操作變成相抵標準型(就是只有對角線是1和0,其餘位置全是0的形式):

  1. 把一行的元素乘以一個數加到另一行上去
  2. 任意一行乘以一個非0的數
  3. 交換任意兩行

但是mathbb F_2只有兩個元素,所以操作2和操作3都可以通過操作1來完成
操作2說乘以一個非0的數,但是mathbb F_2只有兩個元素0和1,一個不讓乘,一個乘了也沒用,所以操作2就是個假操作
操作3說交換兩行,我們把要交換的兩行寫作向量a和b,則,運用操作1,把a行加到b行上去,變成(a,a+b),然後再把現在的b行加回a行,變成(2a+b,a+b),注意我們在mathbb F_2中,所以2a=0,故(2a+b,a+b)=(b,a+b),再把現在的a行加到b行上,並注意到2b=0,得到(b,a),從而完成操作3

所以僅使用操作1,我們就可以把一個mathbb F_2上的矩陣變成它的相抵標準型

假如這個矩陣秩為1,則該矩陣可以變成一個只有左上角那個位置是1,其餘位置全是0的矩陣,此時要變成每個位置都是1應該是一件很easy的事情,就不贅述了

假如這個矩陣可以只通過操作1變成每個位置全是1,那麼它就是一個秩為1的矩陣

所以秩為1是等價條件


任意的,不行。
證:
現在給出反例,1行1列的矩陣[0]
初等行變換是不能將其變為1行1列的矩陣[1]的。


同學你知道二元一次方程組的求解方法吧,對,高斯消去法。如果一個全是1的矩陣用第一行減去下面的所有行,等於就只要一個方程,我們把這稱為秩1,而一個0-1矩陣並不一定是秩1的,比如一個行列數大於1的單位矩陣。

行列做加減變化不改變矩陣的秩


推薦閱讀:

n階方陣中可逆矩陣和不可逆矩陣哪個多?
矩陣的乘積有什麼代數或具體應用意義?
這道好玩的數學題該如何解答?

TAG:數學 | 矩陣運算 | 矩陣 |