【數學基礎109】每天三道題（數學分析+解析幾何+線性代數）
預備知識：
公式：（axb）^2+（ab）^2=a^2b^2；
雙重向量積：給定空間三向量，先作其中兩個向量的向量積，再作所得向量與第三個向量的向量積，那么最后的結果仍然是一向量，叫做所給三向量的雙重向量積。例如（axb）xc就是三向量a，b，c的一個雙重向量積；
性質：（axb）xc是和a，b共面且垂直于c的向量；
（axb）xc=（ac）b-（bc）a；
拉格朗日恒等式：（axb）（a'xb'）=（aa'）（bb'）-（ab'）（ba'）；
（axb）x（a'xb'）=（a，b，b'）a'-（a，b，a'）b'=（a，a'，b'）b-（b，a'，b'）a；
（axb，cxd，exf）=（a，b，d）（c，e，f）-（a，b，c）（d，e，f）；
右手系/左手系：設有不共面的三個向量a，b，c，將它們移到同一始點，則a，b決定一個平面，而c指向平面的一旁，將右手四指并攏與拇指分開，使四指向掌心彎曲的方向，表示從a的方向經過小于平角的轉動達到b的方向，此時若拇指方向與c方向指向平面的同一旁，則稱向量組{a，b，c}構成右手系，否則稱為左手系；
直角標架/直角坐標系：設i，j，k是空間中以O為起點的三個向量，它們兩兩垂直并且都是單位向量，則O；i，j，k稱為空間的一個以O為原點的直角標架或直角坐標系，記為{O；i，j，k}；
右手直角標架/右手直角坐標系：如果向量i，j，k成右手系，那么{O；i，j，k}稱為一個右手架標或右手直角坐標系；否則稱為左手直角架標或左手直角坐標系；
直角坐標系的基向量：我們把i，j，k稱為該直角坐標系的基向量；
仿射架標/仿射坐標系：如果我們不要求i，j，k單位長度且兩兩正交，只要求它們不共面，那么{O；i，j，k}稱為空間一個以O為原點的仿射架標或仿射坐標系；
右手仿射架標/右手仿射坐標系：如果向量i，j，k成右手系，那么{O；i，j，k}稱為一個右手仿射架標或右手仿射坐標系；否則稱為左手仿射架標或左手直仿射坐標系；
仿射坐標系的基向量：我們把i，j，k稱為該仿射坐標系的基向量；
坐標：O；i，j，k是空間的一個仿射坐標系（直角坐標系），則任意一個向量v可以唯一表示成v=xi+yj+zk，稱（x，y，z）為向量v在該坐標系{O；i，j，k}下的坐標，記為v=（x，y，z）；
點的坐標：設{O；i，j，k}是空間的一個以O為原點的仿射坐標系（直角坐標系），規(guī)定P點的坐標為向量OP的坐標，向量OP成為P點的定位向量或矢徑，若P點的坐標為{x，y，z}，記為P（x，y，z）；
坐標軸/坐標平面/卦限：i，j，k所在的直線通常成為坐標軸或分別成為x，y，z軸，每兩根坐標軸所決定的平面稱為坐標平面或xOy，yOz，zOx坐標平面，3個坐標平面把空間分割成8個部分，稱為該坐標系的8個卦限；
已知a=（a1，a2，a3），b=（b1，b2，b3）：
ab=a1b1+a2b2+a3b3；
|a|=（a1^2+a2^2+a3^2）^（1/2）；
axb=（a2b3-a3b2）i+（a3b1-a1b3）j+（a1b2-a2b1）k；
cos∠（a，b）
=（a1b1+a2b2+a3b3）/[（a1^2+a2^2+a3^2）（b1^2+b2^2+b3^2）]^（1/2）；
方向角、方向余弦：我們把向量a與x軸的夾角α，與y軸的夾角β，與z軸的夾角γ，叫做向量a的方向角；a的方向角的余弦叫做a的方向余弦——
cos?α=a1/（a1^2+a2^2+a3^2）^（1/2），
cos?β=a2/（a1^2+a2^2+a3^2）^（1/2），
cos?γ=a3/（a1^2+a2^2+a3^2）^（1/2）。
距離公式：已知兩點P1（x1，y1，z1）及P2（x2，y2，z2），P1，P2兩點間的距離|P1P2|為[（x2-x1）^2+（y2-y1）^2+（z2-z1）^2]^（1/2）；
定比分點公式：已知兩點P1（x1，y1，z1）及P2（x2，y2，z2）.在P1P2上求一點P，使P分線段P1P2成兩個有向線段的量的比P1P/PP2=λ（λ≠-1），設P=（x，y，z），則x=（x1+λx2）/（1+λ），y=（y1+λy2）/（1+λ），z=（z1+λz2）/（1+λ）.
設A=（aij）mxn，B=（bij）nxn，規(guī)定：
A+B=（cij）mxn，其中cij=aij+bij（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n）；
A-B=（dij）mxn，其中dij=aij-bij（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n）；
kA=（eij）mxn，其中eij=kaij（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n），且k為常數；
矩陣乘法運算律——
a.結合律：（AB）C=A（BC）
b.左分配律：A（B+C）=AB+AC
c.右分配律：（B+C）D=BD+CD
d.若A是n級矩陣，單位矩陣為E，則有：AE=EA=A
e.矩陣乘法與數量乘法滿足：k（AB）=（kA）B=A（kB）
f.可逆方陣：設A為n階方陣，若存在n階方陣B，使AB=BA=E，則稱B為A的逆方陣，而稱A為可逆方陣。
矩陣A可逆的充要條件：|A|不為0——|A|為矩陣A對應的行列式。
矩陣對應行列式滿足：|AB|=|A||B|；
設A與B都是數域K上的n級矩陣，如果AB=E，那么A與B都是可逆矩陣，并且A^（-1）=B，B^（-1）=A。
定義：n階行列式|A|中，劃去第i行和第j列，剩下的元素按原來次序組成的n-1階行列式稱為矩陣A的（i，j）元的余子式，記作Mij。
定義：令Aij=（-1）^（i+j）Mij，稱Aij是A的（i，j）元的代數余子式。
定義：設A=（aij）nxn，則它的伴隨矩陣A*=（bij）nxn，其中bij=Aji（i，j=1，2，……），Aij為|A|中aij的代數余子式。
矩陣的秩：設非零矩陣A=（aij）mxn，A中若存在一個s階子式不等于零，一切s+1階子式都等于零，則稱A的秩為s，記為秩A=s或r（A）=s或rank（A）=s，若A=0mxn，則秩A=0，則A=0；
A的伴隨矩陣A*滿足：A*=|A|A^（-1）
E（i，j）為單位矩陣i，j行對調——
方陣A可逆，A對調i，j行成B矩陣：B=E（i，j）A
方陣A可逆，A對調i，j列成B矩陣：B=AE（i，j）
矩陣的轉置：把n級矩陣A的行與列互換得到的矩陣稱為A的轉置，記作A'，|A'|=|A|。
定義：設A為方陣，若A'=A，則稱A為對稱矩陣，若A'=-A，則稱A為反/斜對稱矩陣。
定義：如果AB=BA，則稱A與B可交換。
矩陣轉置運算律——
（A+B）'=A'+B'
（kA）'=kA'
（AB）'=B'A'
定理：如果A可逆，那么A'也可逆，并且（A'）^（-1）=（A^（-1））'；
克萊姆法則：設A是n*n矩陣，線性方程組Ax=B——
若|A|≠0，則方程組有唯一解：xi=Δi/Δ，其中Δ=|A|，Δi為|A|中第i列換為B，其它各列與|A|相同的n階行列式（i=1，2，……，n）；
對n維方陣A，若其行（列）向量線性相關，則|A|=0，若其行向量線性無關，則|A|不為0.
參考資料：
《數學分析》（陳紀修 於崇華 金路）
《解析幾何》（呂林根 許子道?編）
《高等代數——大學高等代數課程創(chuàng)新教材》（丘維聲 著）
數學分析——
例題（來自《數學分析（陳紀修?於崇華?金路）》）——
證明集合B={x|0<=x<1}沒有最大數。
證：（反證法）
假設集合B有最大數，記為β，則0<=β<1；
令β'=（β+1）/2<（1+1）/2=1，且β'=（β+1）/2>（β+β）/2=β，則β'∈B；
由2：β不是集合B的最大數，導出矛盾，故集合B={x|0<=x<1}沒有最大數。
解析幾何——
例題（來自《解析幾何（呂林根 許子道?編）》）——
已知a=e1+2e2-e3，b=3e1-2e2+2e3，求3a-2b.
解：
3a-2b
=3（e1+2e2-e3）-2（3e1-2e2+2e3）
=-3e1+10e2-7e3.
高等代數——
例題（來自《高等代數——大學高等代數課程創(chuàng)新教材（丘維聲 著）》）——
在平面內三條直線分別為：l1：x+y=1；l2：3x-y=1；l3：4x-10y=-3.
改變直線l3的方程中某一個系數，得到直線l4的方程，使得l1，l2，l4沒有公共點。
解：
解：考慮線性方程組——
x+y=1
3x-y=1
4x-10y=-3
對應的增廣矩陣——
由此我們只要把l3的方程中y的系數從-10改成4，得到直線l4的方程為4x+4y=-3，則得到新的增廣矩陣——
則原方程存在0=-7，因此原方程無解。于是直線l1，l2，l4沒有公共點。
