英文名称:Linear Algebra
课程类型:公共基础课
课程要求:必修
学时/学分:32/2
适用专业:本科各专业
一、课程性质与任务
线性代数课程是高等工科院校教学计划中的一门基础理论课,是解决线性问题的一种工具。由于线性问题广泛存在于科学技术的各个领域,某些非线性问题在一定条件下可以转化为线性问题,尤其是在计算机日益普及的今天,解大型线性方程组、求矩阵的特征值与特征向量等已成为科学技术人员经常遇到的课题,因此学习和掌握线性代数的理论和方法是掌握现代科学技术以及从事科学研究的重要基础和手段。线性代数课程是为培养适应我国社会主义现代化建设需要的高质量专门人才服务的。
线性代数主要介绍行列式、矩阵、向量空间、线性方程组、二次型理论,使学生具有熟练的矩阵运算能力及用矩阵方法解决一些实际问题的能力。培养学生的抽象思维与逻辑推理能力,为学生的专业知识和后继课的学习奠定必要的数学基础。
在传授知识的同时,要通过各教学环节逐步培养学生具有比较熟练的运算能力、抽象思维能力、逻辑推理能力和自学能力,还要培养学生具有抽象概括问题的能力和综合运用知识分析解决问题的能力。
二、课程与其他课程的联系
学习本课程,学生须有一定的数学基本修养,如对集合、映射、变换等概念有所掌握。《线性代数》是学好《运筹学》、《计算方法》以及后继专业课程的基础和工具。
三、课程教学目标
1.学习线性代数的基本知识和基本理论,掌握常用的矩阵、行列式和线性方程组理论等基础知识,熟练掌握矩阵、行列式的基本计算,系统了解方程组的解及解空间的结构,使学生能够掌握必要的数学运算技能和利用数学软件进行线性代数计算的能力。
2.通过对向量空间的学习,使学生能对向量空间的结构及一些抽象的代数知识有所了解,从而培养学生的抽象思维能力和逻辑推理能力。通过相似矩阵和二次型的学习,使学生学会求矩阵的特征值与特征向量的方法,能化二次型为标准型,能判别二次型的正定性、负定性。
3.通过线性代数的学习,使学生在运用数学方法分析问题和解决问题(包括解决实际问题)的能力得到进一步的培养、训练和提高,为学生学习后继课程和数学知识的拓宽提供必要的基础,为学生进行科学研究和实际工作提供适用的数学方法和计算手段。
四、教学内容、基本要求与学时分配
序号
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教学内容
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教学要求
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学时
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教学
方式
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对应教学目标
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1
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一、行列式
1.二阶与三阶行列式;
2.全排列和对换;
3.n阶行列式的定义;
4.行列式的性质;
5.行列式按行(列)展开。
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1.了解行列式的概念,掌握行列式的性质;
2.会应用行列式的性质和行列式按行(列)展开定理计算行列式。
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6
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讲授
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1、3
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2
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二、矩阵及其运算
1.线性方程组和矩阵;
2.矩阵的运算;
3.逆矩阵;
4.克拉默法则;
5.矩阵分块法。
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1.理解矩阵的概念,了解单位矩阵、数量矩阵、对角矩阵、三角矩阵、对称矩阵和反对称矩阵以及它们的性质;
2.掌握矩阵的线性运算、乘法、转置以及它们的运算规律,了解方阵的幂与方阵乘积的行列式的性质;
3.理解逆矩阵的概念,掌握逆矩阵的性质以及矩阵可逆的充分必要条件,理解伴随矩阵的概念,会用伴随矩阵求逆矩阵;
4.会用克拉默法则;
5.了解分块矩阵及其运算。
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6
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讲授
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1、3
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3
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三、矩阵的初等变换与线性方程组
1.矩阵的初等变换;
2.矩阵的秩;
3.线性方程组的解。
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1.理解矩阵初等变换的概念,了解初等矩阵的性质和矩阵等价的概念,理解矩阵的秩的概念,掌握用初等变换求矩阵的秩和逆矩阵的方法;
2.理解齐次线性方程组有非零解的充分必要条件及非齐次线性方程组有解的充分必要条件;
3.理解齐次线性方程组的基础解系、通解及解空间的概念,掌握齐次线性方程组的基础解系和通解的求法;
4.理解非齐次线性方程组解的结构及通解的概念;
5.掌握用初等行变换求解线性方程组的方法。
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6
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讲授
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1、3
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4
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四、向量组的线性相关性
1.向量组及其线性组合;
2.向量组的线性相关性;
3.向量组的秩;
4.线性方程组的解的结构;
5.向量空间。
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1.理解n维向量、向量的线性组合与线性表示等概念;
2.理解向量组线性相关、线性无关的概念,掌握向量组线性相关、线性无关的有关性质及判别法;
3.理解向量组的极大线性无关组和向量组的秩的概念,会求向量组的极大线性无关组及秩;
4.理解向量组等价的概念,理解矩阵的秩与其行(列)向量组秩之间的关系;
5.了解维向量空间、子空间、基底、维数、坐标等概念;
6.了解基变换和坐标变换公式,会求过渡矩阵。
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6
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讲授
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1、2、3
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5
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五、相似矩阵及二次型
1.向量的内积、长度及正交性;
2.方阵的特征值与特征向量;
3.相似矩阵;
4.对称矩阵的对角化;
5.二次型及其标准形;
6.用配方法化二次型成标准形;
7.正定二次型。
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1.了解内积的概念,掌握线性无关向量组正交规范化的施密特方法;
2.了解规范正交基、正交矩阵的概念以及它们的性质;
3.理解矩阵的特征值和特征向量的概念及性质,会求矩阵的特征值和特征向量;
4.理解相似矩阵的概念、性质及矩阵可相似对角化的充分必要条件,掌握将矩阵化为相似对角矩阵的方法;
5.掌握实对称矩阵的特征值和特征向量的性质;
6.掌握二次型及其矩阵表示,了解二次型秩的概念,了解合同变换与合同矩阵的概念,了解二次型的标准形、规范形的概念以及惯性定理;
7.掌握用正交变换化二次型为标准形的方法,会用配方法化二次型为标准形;
8.理解正定二次型、正定矩阵的概念,并掌握其判别法。
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8
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讲授
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2、3
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五、其他教学环节(课外教学环节、要求、目标)
辅导答疑:通过辅导答疑消化、理解线性代数的基本概念、基本理论和基本计算方法。
六、教学方法
本课程以课堂讲授为主,结合CAI方式辅助教学。结合作业及课堂测验等教学手段和形式完成课程教学任务。
在课堂教学中,一要重视思想,加强基础;二要适度削弱纯数学技巧的训练;三要加大习题课的比例。强调课堂教学多样化,提倡形象化、启发式、讨论式教学,帮助学生理解线性代数基本理论的体系和主线,掌握线性代数的基本概念,基本原理和各种计算方法。
在传授知识的同时,通过各教学环节逐步培养学生具有运算能力、抽象思维能力和逻辑推理能力,激发学生的创新思维。同时培养学生自主学习能力、抽象概括问题的能力和综合运用知识分析解决问题的能力。
七、考核方式
最终成绩由平时考核成绩和期末考试成绩等组合而成。各部分所占比例如下:
1.平时考核:20%。主要考查出勤、课堂表现、回答问题、测验及作业等方面。考核学生对知识点的理解和掌握程度,考核学生对线性代数的基本概念、基本理论和计算方法的掌握程度。
2.期末考试:80%。书面考试形式。主要考核学生对线性代数的基本概念、基本理论和计算方法的掌握程度。题型为1.选择题,2.填空题,3.计算题,4.证明题等。时间为110分钟,背靠背出题,集体流水阅卷。
八、教材及参考书目
1.教材
线性代数(第六版). 同济大学数学教研室. 高等教育出版社,2014.
2.参考教材
高等代数. 张禾瑞编. 高教出版社出版,2003.
课程教学大纲修订小组成员:史俊贤、 边 颖、 李石涛、 汪 妍、 姜 雪、 滕 勇
修订时间:2016年8月