矩阵 · 中五

矩阵:复习笔记

矩阵 的精简复习总结(SPM 数学),核心概念、考试提供的公式,以及考前该聚焦的重点。

核心要点

矩阵是按行列排列的数字阵列。本章教基本运算,加、减、与数相乘、与另一矩阵相乘,以及 2×2 矩阵的逆,用来解联立方程。

需复习的核心概念

  1. 阶数与何时可运算. 只能对同阶矩阵相加,且只有当第一个的列数等于第二个的行数时才能相乘。
  2. 矩阵乘法. 行乘列再相加,这是学生最常写错的一个运算。
  3. 2×2 矩阵的逆. 所给公式用行列式 ad − bc;若为零则无逆。逆能利落地解联立方程。
Inverse of a 2x2 matrix (考试提供)
A-1 = 1/(ad−bc) × [[d, −b], [−c, a]]
考试提供

每个核心概念一个速算示范

  1. 矩阵的阶决定能做什么运算。要相加,两个矩阵必须同阶:[[1,2],[3,4]] + [[5,6],[7,8]] 可行,因为都是 2×2,结果为 [[6,8],[10,12]]。要相乘,第一个矩阵的列数必须等于第二个矩阵的行数,2×2 乘 2×1 可行,结果是 2×1。
  2. 数乘要乘遍每个元素,而不只是第一个:3 × [[1,2],[-1,0]] = [[3,6],[-3,0]]。四个数都乘以 3。
  3. 矩阵相乘是行乘列再相加:[[2,1],[0,3]] × [[4],[5]] = [[2·4 + 1·5],[0·4 + 3·5]] = [[13],[15]]。
  4. 2×2 逆矩阵:对 M = [[4,3],[2,5]],行列式 = 4·5 − 3·2 = 14,所以 M⁻¹ = (1/14)[[5,-3],[-2,4]]。对调主对角线,另两个取负,再除以 14。

矩阵单元的考前检查清单

  1. 亲手把逆矩阵的模式再推一遍:对调主对角线两个元素,另两个取负,再除以行列式。练到成为反射动作。
  2. 清楚考卷给你什么:公式表印有 2×2 逆矩阵公式,所以不必死背,但你必须把 a、b、c、d 代到正确位置。
  3. 永远先算行列式。若它等于零,就停下,没有逆矩阵,方程组也没有唯一解。
  4. 解联立方程时,写成 AX = B,并用 A⁻¹ 从左边乘 B,得 X = A⁻¹B,绝不是 BA⁻¹。
  5. 最省分的一个习惯:把算出的 x 和 y 代回两条原方程验证成立后,才继续下一题。

资料来源:DSKP KSSM Mathematics Form 4 and 5 (Versi English)

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常见问题

没有参考答案时,怎么检验我的逆矩阵算对了?

把你的逆矩阵乘上原矩阵。如果乘积是单位矩阵 [[1,0],[0,1]],那你的逆矩阵就对了。

因为矩阵与其逆矩阵可交换,两种相乘顺序都成立,用时不到一分钟。当卷末还有余裕时,这是一个可靠的自我检查方法,能在交卷前抓出符号或除法上的失误。

考试时逆矩阵公式一定要背下来吗?

不用,2×2 逆矩阵公式印在 SPM Mathematics 的公式表上,不会要你凭空默写。你真正要熟练的是:从矩阵中读出 a、b、c、d,算出行列式,并把四个元素按照“对调加取负”的模式正确摆放。

练熟这套操作,比背公式更关键。

复习矩阵运算该按什么顺序?

一层一层往上叠:先是阶、加法与减法;接着数乘;再来是遵循“行乘列”规则的矩阵乘法;然后行列式;再是逆矩阵;最后才是用逆矩阵解联立方程。每一步都依赖前一步,所以早期基础打得稳,后面较难的部分就会变得像例行公事。

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