基于MatLab的线性代数教学应用

邱广文

摘要：文章针对学生学习线性代数困难原因的分析，说明在线性代数中引入Matlab进行教学改革创新的必要性。通过Matlab程序在初等矩阵教学中演示和练习，使学生能够直观形象地理解和掌握线性代数知识，为后续线性代数的学习打下牢固的基础。

关键词：线性代数；矩阵；初等矩阵；Matlab；教学

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）16-3851-03

Abstract： Aiming at students' learning linear algebra difficult reason analysis， the introduction of Matlab in linear algebra， the necessity of teaching reform and innovation.Through Matlab in the teaching of the elementary matrix and practice demonstration， visual image to enable students to understand and grasp knowledge of linear algebra， linear algebra for subsequent study to lay a solid foundation.

Key words： Linear algebra.Matrix；Elementary matrix；Matlab；teaching

随着现代数学的不断发展，线性代数的理论和方法已经渗透到数学的许多分支。线性代数作为讨论矩阵理论、与矩阵结合的有限维向量空间及其线性变换理论的一门学科，被广泛应用于物理、力学、信号与信号处理、系统控制、电子通信、航空等学科领域，因而成为现代各高等院校工、管、理专业的一门重要基础课程，成为用数学知识解决实际问题的一个强有力的工具。

1 学生学习线性代数的现状

线性代数在其发展过程中所表现出的几何观念与代数方法之间的联系，运用第二代数学模型的公理化表述方式的知识体系，使得当我们开始学习线性代数时，不知不觉就进入了“第二代数学模型”的范畴当中，这意味着数学的表述方式和抽象性有了一次全面的进化，这给教学带来了困难。线性代数知识体系所表现出的较强的理论性和抽象性，使初学线性代数的学生在学习过程中感到困难，同时在课程中又涉及到一些较为繁杂的计算或证明，这些课程特点让许多学生很不适应，久而久之将导致学生产生厌学情绪。因此，如何让学生克服畏难心理，尽快适应运用第二代数学模型的公理化表述方式的线性代数课程，有必要对传统的线性代数教学方法和手段进行改革创新。为此在教学过程中引入Matlab软件，改变传统的教学方法和学生的学习方式。在教学过程中运用Matlab进行实例演示，同时让学生通过Matlab进行练习，通过这样的教学帮助学生克服学习困难，能够直观深入理解和掌握知识点。下面以初等矩阵的学习介绍Matlab在线性代数教学中的应用。

2 矩阵中的初等矩阵

矩阵的初等变换是矩阵的一种十分重要的运算，它在解线性方程组、求逆矩阵及矩阵理论的探讨中都可起到重要作用[1]。在矩阵理论中有一个最基本的性质，即以下定理：

设[A]与[B]为[m×n]矩阵，那么：

1）[A][～r][B]的充分必要条件是存在[m]阶可逆矩阵[P]；使[PA=B]；

2）[A][～c][B]的充分必要条件是存在[n]阶可逆矩阵[Q]；使[AQ=B]；

3）[A]～[B]的充分必要条件是存在[m]阶可逆矩阵[P]及[n]阶可逆矩阵[Q]；使[PAQ=B]；

为证明此定理，则引入了初等矩阵的概念，即由单位阵[E]经过一次初等变换得到的矩阵称为初等矩阵[2]。三种初等变换对应有三种初等矩阵，这里把它叫做初等矩阵E1，初等矩阵E2和初等矩阵E3。这部分内容是矩阵教学中的一个难点，为让学生能直观地理解和掌握，引入Matlab进行教学。

2.1初等矩阵E1

把单位阵E中第i，j两行对调，得初等矩阵E（i，j），即E1=E（i，j）。用E1左乘矩阵A相当于对矩阵A施行一次初等行变换；用E1右乘矩阵A相当于对矩阵A施行一次初等列变换。

启动Matlab程序，在命令窗口中输入以下命令（这里运算结果略）。

按照以上方法直至将矩阵A化为行阶梯形矩阵。由此可知矩阵A经过一此初等矩阵的相乘可化为行阶梯开矩阵，进一步运用这样的方法可将矩阵A化为单位矩阵。因此，通过教学演示和练习可让学生直观地充分理解三类初等矩阵的作用，理解和掌握矩阵理论的基本性质，为学习求逆矩阵的初等变换方法及后续知识打下较好基础。

4 结束语

在线性代数中引入Matlab软件进行教学，通过教学过程中的演示和练习，一方面能够让学生克服畏难情绪，提高学生学习线性代数的兴趣，另一方面能够让学生直观地理解和掌握线性代数的知识点，进一步提高线性代数的课堂教学质量。

参考文献：

[1] 同济大学数学系.工程数学·线性代数[M].北京：高等教育出版社，2007：57.

[2] 同济大学数学系.工程数学·线性代数[M].北京：高等教育出版社，2007：61.

[3] 肖满红.Matlab软件在高职高等数学教学中的应用[J].天津商务职业学院学报，2013（3）：48-51.

[4] 刘燕，阎慧臻.将MATLAB植入工科《线性代数》课堂[J].中国教育信息化，2013（5）：34-35.endprint

摘要：文章针对学生学习线性代数困难原因的分析，说明在线性代数中引入Matlab进行教学改革创新的必要性。通过Matlab程序在初等矩阵教学中演示和练习，使学生能够直观形象地理解和掌握线性代数知识，为后续线性代数的学习打下牢固的基础。

关键词：线性代数；矩阵；初等矩阵；Matlab；教学

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）16-3851-03

Abstract： Aiming at students' learning linear algebra difficult reason analysis， the introduction of Matlab in linear algebra， the necessity of teaching reform and innovation.Through Matlab in the teaching of the elementary matrix and practice demonstration， visual image to enable students to understand and grasp knowledge of linear algebra， linear algebra for subsequent study to lay a solid foundation.

Key words： Linear algebra.Matrix；Elementary matrix；Matlab；teaching

随着现代数学的不断发展，线性代数的理论和方法已经渗透到数学的许多分支。线性代数作为讨论矩阵理论、与矩阵结合的有限维向量空间及其线性变换理论的一门学科，被广泛应用于物理、力学、信号与信号处理、系统控制、电子通信、航空等学科领域，因而成为现代各高等院校工、管、理专业的一门重要基础课程，成为用数学知识解决实际问题的一个强有力的工具。

1 学生学习线性代数的现状

线性代数在其发展过程中所表现出的几何观念与代数方法之间的联系，运用第二代数学模型的公理化表述方式的知识体系，使得当我们开始学习线性代数时，不知不觉就进入了“第二代数学模型”的范畴当中，这意味着数学的表述方式和抽象性有了一次全面的进化，这给教学带来了困难。线性代数知识体系所表现出的较强的理论性和抽象性，使初学线性代数的学生在学习过程中感到困难，同时在课程中又涉及到一些较为繁杂的计算或证明，这些课程特点让许多学生很不适应，久而久之将导致学生产生厌学情绪。因此，如何让学生克服畏难心理，尽快适应运用第二代数学模型的公理化表述方式的线性代数课程，有必要对传统的线性代数教学方法和手段进行改革创新。为此在教学过程中引入Matlab软件，改变传统的教学方法和学生的学习方式。在教学过程中运用Matlab进行实例演示，同时让学生通过Matlab进行练习，通过这样的教学帮助学生克服学习困难，能够直观深入理解和掌握知识点。下面以初等矩阵的学习介绍Matlab在线性代数教学中的应用。

2 矩阵中的初等矩阵

矩阵的初等变换是矩阵的一种十分重要的运算，它在解线性方程组、求逆矩阵及矩阵理论的探讨中都可起到重要作用[1]。在矩阵理论中有一个最基本的性质，即以下定理：

设[A]与[B]为[m×n]矩阵，那么：

1）[A][～r][B]的充分必要条件是存在[m]阶可逆矩阵[P]；使[PA=B]；

2）[A][～c][B]的充分必要条件是存在[n]阶可逆矩阵[Q]；使[AQ=B]；

3）[A]～[B]的充分必要条件是存在[m]阶可逆矩阵[P]及[n]阶可逆矩阵[Q]；使[PAQ=B]；

为证明此定理，则引入了初等矩阵的概念，即由单位阵[E]经过一次初等变换得到的矩阵称为初等矩阵[2]。三种初等变换对应有三种初等矩阵，这里把它叫做初等矩阵E1，初等矩阵E2和初等矩阵E3。这部分内容是矩阵教学中的一个难点，为让学生能直观地理解和掌握，引入Matlab进行教学。

2.1初等矩阵E1

把单位阵E中第i，j两行对调，得初等矩阵E（i，j），即E1=E（i，j）。用E1左乘矩阵A相当于对矩阵A施行一次初等行变换；用E1右乘矩阵A相当于对矩阵A施行一次初等列变换。

启动Matlab程序，在命令窗口中输入以下命令（这里运算结果略）。

按照以上方法直至将矩阵A化为行阶梯形矩阵。由此可知矩阵A经过一此初等矩阵的相乘可化为行阶梯开矩阵，进一步运用这样的方法可将矩阵A化为单位矩阵。因此，通过教学演示和练习可让学生直观地充分理解三类初等矩阵的作用，理解和掌握矩阵理论的基本性质，为学习求逆矩阵的初等变换方法及后续知识打下较好基础。

4 结束语

在线性代数中引入Matlab软件进行教学，通过教学过程中的演示和练习，一方面能够让学生克服畏难情绪，提高学生学习线性代数的兴趣，另一方面能够让学生直观地理解和掌握线性代数的知识点，进一步提高线性代数的课堂教学质量。

参考文献：

[1] 同济大学数学系.工程数学·线性代数[M].北京：高等教育出版社，2007：57.

[2] 同济大学数学系.工程数学·线性代数[M].北京：高等教育出版社，2007：61.

[3] 肖满红.Matlab软件在高职高等数学教学中的应用[J].天津商务职业学院学报，2013（3）：48-51.

[4] 刘燕，阎慧臻.将MATLAB植入工科《线性代数》课堂[J].中国教育信息化，2013（5）：34-35.endprint

摘要：文章针对学生学习线性代数困难原因的分析，说明在线性代数中引入Matlab进行教学改革创新的必要性。通过Matlab程序在初等矩阵教学中演示和练习，使学生能够直观形象地理解和掌握线性代数知识，为后续线性代数的学习打下牢固的基础。

关键词：线性代数；矩阵；初等矩阵；Matlab；教学

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）16-3851-03

Abstract： Aiming at students' learning linear algebra difficult reason analysis， the introduction of Matlab in linear algebra， the necessity of teaching reform and innovation.Through Matlab in the teaching of the elementary matrix and practice demonstration， visual image to enable students to understand and grasp knowledge of linear algebra， linear algebra for subsequent study to lay a solid foundation.

Key words： Linear algebra.Matrix；Elementary matrix；Matlab；teaching

随着现代数学的不断发展，线性代数的理论和方法已经渗透到数学的许多分支。线性代数作为讨论矩阵理论、与矩阵结合的有限维向量空间及其线性变换理论的一门学科，被广泛应用于物理、力学、信号与信号处理、系统控制、电子通信、航空等学科领域，因而成为现代各高等院校工、管、理专业的一门重要基础课程，成为用数学知识解决实际问题的一个强有力的工具。

1 学生学习线性代数的现状

线性代数在其发展过程中所表现出的几何观念与代数方法之间的联系，运用第二代数学模型的公理化表述方式的知识体系，使得当我们开始学习线性代数时，不知不觉就进入了“第二代数学模型”的范畴当中，这意味着数学的表述方式和抽象性有了一次全面的进化，这给教学带来了困难。线性代数知识体系所表现出的较强的理论性和抽象性，使初学线性代数的学生在学习过程中感到困难，同时在课程中又涉及到一些较为繁杂的计算或证明，这些课程特点让许多学生很不适应，久而久之将导致学生产生厌学情绪。因此，如何让学生克服畏难心理，尽快适应运用第二代数学模型的公理化表述方式的线性代数课程，有必要对传统的线性代数教学方法和手段进行改革创新。为此在教学过程中引入Matlab软件，改变传统的教学方法和学生的学习方式。在教学过程中运用Matlab进行实例演示，同时让学生通过Matlab进行练习，通过这样的教学帮助学生克服学习困难，能够直观深入理解和掌握知识点。下面以初等矩阵的学习介绍Matlab在线性代数教学中的应用。

2 矩阵中的初等矩阵

矩阵的初等变换是矩阵的一种十分重要的运算，它在解线性方程组、求逆矩阵及矩阵理论的探讨中都可起到重要作用[1]。在矩阵理论中有一个最基本的性质，即以下定理：

设[A]与[B]为[m×n]矩阵，那么：

1）[A][～r][B]的充分必要条件是存在[m]阶可逆矩阵[P]；使[PA=B]；

2）[A][～c][B]的充分必要条件是存在[n]阶可逆矩阵[Q]；使[AQ=B]；

3）[A]～[B]的充分必要条件是存在[m]阶可逆矩阵[P]及[n]阶可逆矩阵[Q]；使[PAQ=B]；

为证明此定理，则引入了初等矩阵的概念，即由单位阵[E]经过一次初等变换得到的矩阵称为初等矩阵[2]。三种初等变换对应有三种初等矩阵，这里把它叫做初等矩阵E1，初等矩阵E2和初等矩阵E3。这部分内容是矩阵教学中的一个难点，为让学生能直观地理解和掌握，引入Matlab进行教学。

2.1初等矩阵E1

把单位阵E中第i，j两行对调，得初等矩阵E（i，j），即E1=E（i，j）。用E1左乘矩阵A相当于对矩阵A施行一次初等行变换；用E1右乘矩阵A相当于对矩阵A施行一次初等列变换。

启动Matlab程序，在命令窗口中输入以下命令（这里运算结果略）。

按照以上方法直至将矩阵A化为行阶梯形矩阵。由此可知矩阵A经过一此初等矩阵的相乘可化为行阶梯开矩阵，进一步运用这样的方法可将矩阵A化为单位矩阵。因此，通过教学演示和练习可让学生直观地充分理解三类初等矩阵的作用，理解和掌握矩阵理论的基本性质，为学习求逆矩阵的初等变换方法及后续知识打下较好基础。

4 结束语

在线性代数中引入Matlab软件进行教学，通过教学过程中的演示和练习，一方面能够让学生克服畏难情绪，提高学生学习线性代数的兴趣，另一方面能够让学生直观地理解和掌握线性代数的知识点，进一步提高线性代数的课堂教学质量。

参考文献：

[1] 同济大学数学系.工程数学·线性代数[M].北京：高等教育出版社，2007：57.

[2] 同济大学数学系.工程数学·线性代数[M].北京：高等教育出版社，2007：61.

[3] 肖满红.Matlab软件在高职高等数学教学中的应用[J].天津商务职业学院学报，2013（3）：48-51.

[4] 刘燕，阎慧臻.将MATLAB植入工科《线性代数》课堂[J].中国教育信息化，2013（5）：34-35.endprint