Acasă - Siguranță
Factorul comun al tuturor elementelor matricei. Determinantul matricei și proprietățile sale


Cele mai multe modele matematice din economie sunt descrise folosind matrici și calcul matriceal.

Matrice este un tabel dreptunghiular care conține numere, funcții, ecuații sau alte obiecte matematice aranjate în rânduri și coloane.

Obiectele care alcătuiesc o matrice sunt numite elemente . Matricele sunt notate cu litere mari latine

iar elementele lor sunt litere mici.

Simbol
înseamnă că matricea Are
linii şi coloane, element la intersecție -a linia și -a coloană
.

.

Ei spun că matricea A egal cu matricea ÎN : A=B, dacă au aceeași structură (adică același număr de rânduri și coloane) și elementele lor corespunzătoare sunt identic egale
, pentru toți
.

Tipuri particulare de matrice

În practică, matricele de tip special sunt destul de des întâlnite. Unele metode implică, de asemenea, transformări de matrice de la un tip la altul. Cele mai comune tipuri de matrice sunt prezentate mai jos.

matrice pătrată, număr de rânduri n egal cu numărul de coloane n

matrice-coloană

matrice-rând

matricea triunghiulară inferioară

matricea triunghiulară superioară

matrice zero

matrice diagonală

E =

matrice de identitate E(pătrat)

matricea unitară

matricea pasilor

Matrice goală

Elemente de matrice cu numere de rând și coloane egale, adică A ii formează diagonala principală a matricei.

Operații pe matrice.


.

Proprietăți ale operațiilor pe matrice


Proprietăți specifice operațiunilor

Dacă produsul matricelor
– există, apoi lucrarea
poate să nu existe. In general vorbind,
. Adică, înmulțirea matriceală nu este comutativă. Dacă
, Acea Și se numesc comutative. De exemplu, matricele diagonale de același ordin sunt comutative.

Dacă
, apoi opțional
sau
. Adică, produsul matricelor non-nule poate da o matrice zero. De exemplu

Operație de exponențiere definit numai pentru matrice pătrată. Dacă
, Acea

.

Prin definiție ei cred
, și este ușor să arăți asta
,
. Rețineți că de la
nu rezulta asta
.

Exponentiație în funcție de elemente A. m =
.

Operația de transpunere matricea constă în înlocuirea rândurilor unei matrice cu coloanele sale:

,

De exemplu

,
.

Proprietăți de transpunere:


Determinanți și proprietățile lor.

Pentru matrice pătrată conceptul este adesea folosit determinant – un număr care se calculează din elementele matricei folosind reguli strict definite. Acest număr este o caracteristică importantă a matricei și este notat prin simboluri

.

Determinant de matrice
este elementul ei .

Determinant de matrice
calculat conform regulii:

adică produsul elementelor diagonalei suplimentare se scade din produsul elementelor diagonalei principale.

Pentru a calcula determinanții de ordin superior (
) este necesară introducerea conceptelor de complement minor și algebric al unui element.

Minor
element este determinantul care se obține din matrice , tăind a linia și a coloana.

Luați în considerare matricea mărimea
:

,

atunci, de exemplu,

Complement algebric element ei îl numesc minor înmulțit cu
.

,

Teorema lui Laplace: Determinant matrice pătrată este egală cu suma produselor elementelor oricărui rând (coloană) prin complementele lor algebrice.

De exemplu, în descompunere
pe baza elementelor primei linii, obținem:

Ultima teoremă oferă o modalitate universală de calculare a determinanților de orice ordine, începând de la a doua. Rândul (coloana) este întotdeauna ales să fie cel cu cel mai mare număr de zerouri. De exemplu, trebuie să calculați determinantul de ordinul al patrulea

În acest caz, puteți extinde determinantul de-a lungul primei coloane:

sau ultima linie:

Acest exemplu arată, de asemenea, că determinantul unei matrici triunghiulare superioare este egal cu produsul elementelor sale diagonale. Este ușor de demonstrat că această concluzie este valabilă pentru orice matrice triunghiulară și diagonală.

Teorema lui Laplace face posibilă reducerea calculului determinantului -al-lea ordin de calculat determinanți
de ordinul al-lea și, în cele din urmă, la calculul determinanților de ordinul doi.

Aici vom schița acele proprietăți care sunt de obicei folosite pentru a calcula determinanții într-un curs standard de matematică superioară. Acesta este un subiect auxiliar la care ne vom referi din alte secțiuni după caz.

Deci, fie o anumită matrice pătrată $A_(n\times n)=\left(\begin(array) (cccc) a_(11) & a_(12) & \ldots & a_(1n) \\ a_(21) fi dat & a_(22) & \ldots & a_(2n) \\ \ldots & \ldots & \ldots & \ldots \\ a_(n1) & a_(n2) & \ldots & a_(nn) \\ \ end( matrice) \right)$. Fiecare matrice pătrată are o caracteristică numită determinant (sau determinant). Nu voi intra aici în esența acestui concept. Dacă necesită clarificări, atunci vă rugăm să scrieți despre asta pe forum și voi aborda această problemă mai detaliat.

Determinantul matricei $A$ este notat cu $\Delta A$, $|A|$ sau $\det A$. Ordinea determinantă egal cu numărul de rânduri (coloane) din acesta.

  1. Valoarea determinantului nu se va modifica dacă rândurile sale sunt înlocuite cu coloanele corespunzătoare, adică. $\Delta A=\Delta A^T$.

    arată ascunde

    Să înlocuim rândurile din el cu coloane conform principiului: „a fost un prim rând - a fost o primă coloană”, „a fost un al doilea rând - a fost o a doua coloană”:

    Să calculăm determinantul rezultat: $\left| \begin(array) (cc) 2 & 9 \\ 5 & 4 \end(array) \right|=2\cdot 4-9\cdot 5=-37$. După cum puteți vedea, valoarea determinantului nu s-a schimbat din cauza înlocuirii.

  2. Dacă schimbați două rânduri (coloane) ale determinantului, semnul determinantului se va schimba în opus.

    Exemplu de utilizare a acestei proprietăți: show\hide

    Luați în considerare determinantul $\left| \begin(array) (cc) 2 & 5 \\ 9 & 4 \end(array) \right|$. Să-i găsim valoarea folosind formula nr. 1 din subiectul calculării determinanților de ordinul doi și trei:

    $$\stânga| \begin(array) (cc) 2 & 5 \\ 9 & 4 \end(array) \right|=2\cdot 4-5\cdot 9=-37.$$

    Acum să schimbăm prima și a doua linie. Obținem determinantul $\left| \begin(array) (cc) 9 & 4 \\ 2 & 5 \end(array) \right|$. Să calculăm determinantul rezultat: $\left| \begin(array) (cc) 9 & 4 \\ 2 & 5 \end(array) \right|=9\cdot 5-4\cdot 2=37$. Deci, valoarea determinantului inițial a fost (-37), iar valoarea determinantului cu ordinea rândurilor modificată este $-(-37)=37$. Semnul determinantului s-a schimbat la opus.

  3. Un determinant pentru care toate elementele unui rând (coloană) sunt egale cu zero este egal cu zero.

    Exemplu de utilizare a acestei proprietăți: show\hide

    Deoarece în determinantul $\left| \begin(array) (ccc) -7 & 10 & 0\\ -9 & 21 & 0\\ 2 & -3 & 0 \end(array) \right|$ toate elementele celei de-a treia coloane sunt zero, apoi determinant este zero, adică $\stânga| \begin(array) (ccc) -7 & 10 & 0\\ -9 & 21 & 0\\ 2 & -3 & 0 \end(array) \right|=0$.

  4. Determinantul pentru care toate elementele unui anumit rând (coloană) sunt egale cu elementele corespunzătoare ale altui rând (coloană) este egal cu zero.

    Exemplu de utilizare a acestei proprietăți: show\hide

    Deoarece în determinantul $\left| \begin(array) (ccc) -7 & 10 & 0\\ -7 & 10 & 0\\ 2 & -3 & 18 \end(array) \right|$ toate elementele primului rând sunt egale cu corespunzătoare elementele celui de-al doilea rând, atunci determinantul este egal cu zero, adică. $\stânga| \begin(array) (ccc) -7 & 10 & 0\\ -7 & 10 & 0\\ 2 & -3 & 18 \end(array) \right|=0$.

  5. Dacă într-un determinant toate elementele unui rând (coloană) sunt proporționale cu elementele corespunzătoare ale altui rând (coloană), atunci un astfel de determinant este egal cu zero.

    Exemplu de utilizare a acestei proprietăți: show\hide

    Deoarece în determinantul $\left| \begin(array) (ccc) -7 & 10 & 28\\ 5 & -3 & 0\\ -15 & 9 & 0 \end(array) \right|$ Al doilea și al treilea rând sunt proporționale, adică. $r_3=-3\cdot(r_2)$, atunci determinantul este egal cu zero, i.e. $\stânga| \begin(array) (ccc) -7 & 10 & 28\\ 5 & -3 & 0\\ -15 & 9 & 0 \end(array) \right|=0$.

  6. Dacă toate elementele unui rând (coloană) au un factor comun, atunci acest factor poate fi scos din semnul determinant.

    Exemplu de utilizare a acestei proprietăți: show\hide

    Luați în considerare determinantul $\left| \begin(array) (cc) -7 și 10 \\ -9 și 21 \end(array) \right|$. Observați că toate elementele din al doilea rând sunt divizibile cu 3:

    $$\stânga| \begin(array) (cc) -7 & 10 \\ -9 & 21 \end(array) \right|=\left| \begin(array) (cc) -7 & 10 \\ 3\cdot(-3) & 3\cdot 7 \end(array) \right|$$

    Numărul 3 este factorul comun al tuturor elementelor din al doilea rând. Să le luăm pe cele trei din semnul determinant:

    $$\stânga| \begin(array) (cc) -7 & 10 \\ -9 & 21 \end(array) \right|=\left| \begin(array) (cc) -7 & 10 \\ 3\cdot(-3) & 3\cdot 7 \end(array) \right|= 3\cdot \left| \begin(array) (cc) -7 & 10 \\ -3 & 7 \end(array) \right| $$

  7. Determinantul nu se va schimba dacă la toate elementele unui anumit rând (coloană) adăugăm elementele corespunzătoare dintr-un alt rând (coloană), înmulțite cu un număr arbitrar.

    Exemplu de utilizare a acestei proprietăți: show\hide

    Luați în considerare determinantul $\left| \begin(array) (ccc) -7 & 10 & 0\\ -9 & 21 & 4 \\ 2 & -3 & 1 \end(array) \right|$. Să adăugăm elementelor din a doua linie elementele corespunzătoare ale celei de-a treia rânduri, înmulțite cu 5. Această acțiune se scrie astfel: $r_2+5\cdot(r_3)$. A doua linie va fi schimbată, liniile rămase vor rămâne neschimbate.

    $$\stânga| \begin(array) (ccc) -7 & 10 & 0\\ -9 & 21 & 4 \\ 2 & -3 & 1 \end(array) \right| \begin(array) (l) \phantom(0)\\ r_2+5\cdot(r_3)\\ \phantom(0) \end(array)= \left| \begin(array) (ccc) -7 & 10 & 0\\ -9+5\cdot 2 & 21+5\cdot (-3) & 4+5\cdot 1 \\ 2 & -3 & 1 \end (matrice) \right|= \left| \begin(array) (ccc) -7 & 10 & 0\\ 1 & 6 & 9 \\ 2 & -3 & 1 \end(array) \right|. $$

  8. Dacă un anumit rând (coloană) dintr-un determinant este o combinație liniară a altor rânduri (coloane), atunci determinantul este egal cu zero.

    Exemplu de utilizare a acestei proprietăți: show\hide

    Permiteți-mi să explic imediat ce înseamnă expresia „combinație liniară”. Să avem s rânduri (sau coloane): $A_1$, $A_2$,..., $A_s$. Expresie

    $$ k_1\cdot A_1+k_2\cdot A_2+\ldots+k_s\cdot A_s, $$

    unde $k_i\in R$ se numește o combinație liniară de rânduri (coloane) $A_1$, $A_2$,..., $A_s$.

    De exemplu, luați în considerare următorul determinant:

    $$\stânga| \begin(array) (cccc) -1 & 2 & 3 & 0\\ -2 & -4 & -5 & 1\\ 5 & 0 & 7 & 10 \\ -13 & -8 & -16 & -7 \end(matrice) \right| $$

    În acest determinant, al patrulea rând poate fi exprimat ca o combinație liniară primii trei linii:

    $$ r_4=2\cdot(r_1)+3\cdot(r_2)-r_3 $$

    Prin urmare, determinantul în cauză este egal cu zero.

  9. Dacă fiecare element dintr-un anumit k-lea rând (k-a coloană) al unui determinant este egal cu suma a doi termeni, atunci un astfel de determinant este egal cu suma determinanților, primul dintre care are a k-a linie (a k-a coloană) au primii termeni, iar cel de-al doilea determinant îi are pe al doilea rând în k-lea rând (k-a coloană). Alte elemente ale acestor determinanți sunt aceleași.

    Exemplu de utilizare a acestei proprietăți: show\hide

    Luați în considerare determinantul $\left| \begin(array) (ccc) -7 & 10 & 0\\ -9 & 21 & 4 \\ 2 & -3 & 1 \end(array) \right|$. Să scriem elementele coloanei a doua astfel: $\left| \begin(array) (ccc) -7 & 3+7 & 0\\ -9 & 21+0 & 4 \\ 2 & 5+(-8) & 1 \end(array) \right|$. Atunci un astfel de determinant este egal cu suma a doi determinanți:

    $$\stânga| \begin(array) (ccc) -7 & 10 & 0\\ -9 & 21 & 4 \\ 2 & -3 & 1 \end(array) \right|= \left| \begin(array) (ccc) -7 & 3+7 & 0\\ -9 & 21+0 & 4 \\ 2 & 5+(-8) & 1 \end(array) \right|= \left| \begin(array) (ccc) -7 & 3 & 0\\ -9 & 21 & 4 \\ 2 & 5 & 1 \end(array) \right|+ \left| \begin(array) (ccc) -7 & 7 & 0\\ -9 & 0 & 4 \\ 2 & -8 & 1 \end(array) \right| $$

  10. Determinantul produsului a două matrici pătrate de același ordin este egal cu produsul determinanților acestor matrici, adică. $\det(A\cdot B)=\det A\cdot \det B$. Din această regulă putem obține următoarea formulă: $\det \left(A^n \right)=\left(\det A \right)^n$.
  11. Dacă matricea $A$ este nesingulară (adică determinantul său nu este egal cu zero), atunci $\det \left(A^(-1)\right)=\frac(1)(\det A)$.

Formule pentru calcularea determinanților

Pentru determinanții de ordinul doi și trei, următoarele formule sunt corecte:

\begin(equation) \Delta A=\left| \begin(array) (cc) a_(11) & a_(12) \\ a_(21) & a_(22) \end(array) \right|=a_(11)\cdot a_(22)-a_( 12)\cdot a_(21) \end(equation) \begin(equation) \begin(aligned) & \Delta A=\left| \begin(array) (ccc) a_(11) & a_(12) & a_(13) \\ a_(21) & a_(22) & a_(23) \\ a_(31) & a_(32) & a_(33) \end(array) \right|= a_(11)\cdot a_(22)\cdot a_(33)+a_(12)\cdot a_(23)\cdot a_(31)+a_(21) )\cdot a_(32)\cdot a_(13)-\\ & -a_(13)\cdot a_(22)\cdot a_(31)-a_(12)\cdot a_(21)\cdot a_(33) )-a_(23)\cdot a_(32)\cdot a_(11)\end(aligned)\end(equation)

Exemple de utilizare a formulelor (1) și (2) sunt în subiectul „Formule pentru calcularea determinanților de ordinul doi și trei. Exemple de calculare a determinanților”.

Determinantul matricei $A_(n\times n)$ poate fi extins în i-a linie folosind următoarea formulă:

\begin(equation)\Delta A=\sum\limits_(j=1)^(n)a_(ij)A_(ij)=a_(i1)A_(i1)+a_(i2)A_(i2)+\ ldots+a_(in)A_(in) \end(ecuație)

Un analog al acestei formule există și pentru coloane. Formula pentru extinderea determinantului în a j a coloană este următoarea:

\begin(equation)\Delta A=\sum\limits_(i=1)^(n)a_(ij)A_(ij)=a_(1j)A_(1j)+a_(2j)A_(2j)+\ ldots+a_(nj)A_(nj) \end(ecuație)

Regulile exprimate prin formulele (3) și (4) sunt ilustrate în detaliu cu exemple și explicate în subiectul Reducerea ordinii determinantului. Descompunerea determinantului într-un rând (coloană).

Să indicăm o altă formulă pentru calcularea determinanților matricilor triunghiulare superioare și triunghiulare inferioare (pentru o explicație a acestor termeni, vezi subiectul „Matrici. Tipuri de matrici. Termeni de bază”). Determinantul unei astfel de matrice este egal cu produsul elementelor de pe diagonala principală. Exemple:

\begin(aligned) &\left| \begin(array) (cccc) 2 & -2 & 9 & 1 \\ 0 & 9 & 8 & 0 \\ 0 & 0 & 4 & -7 \\ 0 & 0 & 0 & -6 \end(array) \right|= 2\cdot 9\cdot 4\cdot (-6)=-432.\\ &\left| \begin(array) (cccc) -3 & 0 & 0 & 0 \\ -5 & 0 & 0 & 0 \\ 8 & 2 & 1 & 0 \\ 5 & 4 & 0 & 10 \end(array) \ dreapta|= -3\cdot 0\cdot 1 \cdot 10=0. \end(aliniat)


Matrice pătrată A Ordin n puteți compara numărul det A(sau | A|, sau ), a numit-o determinant , în felul următor:

Determinant de matrice A a mai chemat-o determinant . Regula de calcul a determinantului pentru matricea de ordine N este destul de greu de înțeles și aplicat. Cu toate acestea, sunt cunoscute metode care fac posibilă implementarea calculului determinanților de ordine superioară pe baza determinanților de ordine inferioară. Una dintre metode se bazează pe proprietatea de extindere a determinantului în elemente dintr-o anumită serie (proprietatea 7). În același timp, observăm că este indicat să se poată calcula determinanții de ordine inferioară (1, 2, 3) conform definiției.

Calculul determinantului de ordinul 2 este ilustrat de diagrama:


Exemplul 4.1. Găsiți determinanții matricilor

Când se calculează determinantul de ordinul 3, este convenabil de utilizat regula triunghiului (sau Sarrus), care poate fi scris simbolic după cum urmează:

Exemplul 4.2. Calculați determinantul unei matrice

det A = 5*1*(-3) + (-2)*(-4)*6 + 3*0*1 — 6*1*1 — 3*(-2)*(-3) — 0*(-4)*5 = -15+48-6-18 = 48-39 = 9.

Să formulăm proprietățile de bază ale determinanților inerente determinanților tuturor ordinelor. Vom explica unele dintre aceste proprietăți folosind determinanți de ordinul trei.

Proprietatea 1 („Egalitatea rândurilor și coloanelor”). Determinantul nu se va schimba dacă rândurile sale sunt înlocuite cu coloane și invers. Cu alte cuvinte,

În cele ce urmează, vom numi pur și simplu rânduri și coloane rânduri de determinant .

Proprietatea 2 . Când două serii paralele sunt rearanjate, determinantul își schimbă semnul.

Proprietatea 3 . Un determinant care are două serii identice este egal cu zero.

Proprietatea 4 . Factorul comun al elementelor oricărei serii a determinantului poate fi scos din semnul determinantului.

Din proprietățile 3 și 4 rezultă, că dacă toate elementele unei anumite serii sunt proporționale cu elementele corespunzătoare ale unei serii paralele, atunci un astfel de determinant este egal cu zero.

Într-adevăr,

Proprietatea 5 . Dacă elementele oricărei serii ale unui determinant sunt sumele a doi termeni, atunci determinantul poate fi descompus în suma a doi determinanți corespunzători.

De exemplu,

Proprietatea 6. („Transformări elementare ale determinantului”). Determinantul nu se va schimba dacă elementele corespunzătoare unei serii paralele sunt adăugate elementelor unei serii, înmulțite cu orice număr.

Exemplul 4.3. Demonstrează asta

Soluție: Într-adevăr, folosind proprietățile 5, 4 și 3 vom învăța

Alte proprietăți ale determinanților sunt legate de conceptele de complement minor și algebric.

Minor vreun element aij determinant n- th ordinea se numește determinant n- Ordinul 1, obținut din original prin tăierea rândului și coloanei la intersecția cărora se află elementul selectat. Desemnat mij

Complement algebric element aij a unui determinant se numește minorul său, luat cu semnul plus, dacă suma i+j un număr par și cu semnul minus dacă această sumă este impară. Desemnat Aij:

Proprietatea 7 („Descompunerea unui determinant în elemente dintr-o anumită serie”). Determinantul este egal cu suma produselor elementelor unei anumite serii și a complementelor algebrice corespunzătoare.

Pentru a înmulți o matrice cu un număr, trebuie să înmulți fiecare element al matricei cu acel număr.

Consecinţă. Factorul comun al tuturor elementelor matricei poate fi scos din semnul matricei.

De exemplu, .

După cum puteți vedea, acțiunile de adunare, scădere a matricelor și înmulțire a unei matrice cu un număr sunt similare cu acțiunile asupra numerelor. Înmulțirea matricelor este o operație specifică.

Produsul a două matrice.

Nu toate matricele pot fi multiplicate. Produsul a două matrice AȘi ÎNîn ordinea enumerată AB posibil numai atunci când numărul de coloane al primului factor A egal cu numărul de rânduri ale celui de-al doilea factor ÎN.

De exemplu, .

Dimensiunea matricei A 33, dimensiunea matricei ÎN 23. Munca AB imposibil, munca VA Pot fi.

Produsul a două matrice A și B este a treia matrice C, al cărei element C ij este egal cu suma produselor perechi ale elementelor rândului i al primului factor și coloanei j a celui de-al doilea. factor.

S-a demonstrat că în acest caz produsul matricelor este posibil VA

Din regula existenței produsului a două matrici rezultă că produsul a două matrice în cazul general nu se supune legii comutative, i.e. AB? VA. Dacă într-un anumit caz se dovedește că AB = BA, atunci astfel de matrici se numesc permutabile sau comutative.

În algebra matriceală, produsul a două matrice poate fi o matrice zero chiar și atunci când niciuna dintre matricele factorilor nu este zero, spre deosebire de algebra obișnuită.

De exemplu, să găsim produsul matricelor AB, Dacă

Puteți înmulți mai multe matrice. Dacă poți înmulți matrice A, ÎN iar produsul acestor matrici poate fi înmulțit cu matricea CU, atunci este posibil să compune produsul ( AB) CUȘi A(Soare). În acest caz are loc legea combinațională privind înmulțirea ( AB) CU = A(Soare).

MATRICE ȘI DETERMINANȚI
Curs 1. Matrice

1. Conceptul de matrice. Tipuri de matrice

2. Algebră matriceală

Curs 2. Determinanti

1. Determinanții unei matrici pătrate și proprietățile acestora

2. Laplace și teoreme de anulare

Curs 3. Matrice inversă

1. Conceptul de matrice inversă. Unicitatea matricei inverse

2. Algoritm pentru construirea matricei inverse. Proprietățile unei matrice inverse

4. Probleme și exerciții

4.1. Matrici și operații asupra lor

4.2. Determinanți

4.3. matrice inversă

5. Sarcini individuale

Literatură

PRELEZA 1. MATRICE

Plan

1. Conceptul de matrice. Tipuri de matrice.

2. Algebră matriceală.

Concepte cheie

Matricea diagonală.

Matrice de identitate.

Matrice zero.

Matricea simetrică.

Consistența matricei.

Transpunerea.

Matrice triunghiulară.

1. CONCEPTUL DE MATRICE. TIPURI DE MATRICE

Masa dreptunghiulara

format din m rânduri și n coloane, ale căror elemente sunt numere reale, unde i- Numărul de linie, j- numărul coloanei la intersecția căreia se află acest element se va numi numeric matrice ordonați m´n și notați .

Să luăm în considerare principalele tipuri de matrice:

1. Fie m = n, apoi matricea A – pătrat o matrice care are ordinul n:

A = .

Elemente formează diagonala principală, elemente formează o diagonală laterală.

diagonală , dacă toate elementele sale, cu excepția poate elementele diagonalei principale, sunt egale cu zero:

A = = diag ( ).

Se numește o matrice diagonală și, prin urmare, pătrată singur , dacă toate elementele diagonalei principale sunt egale cu 1:

E = = diag (1, 1, 1,…,1).

Rețineți că matricea de identitate este analogul matricei unuia din mulțimea numerelor reale și, de asemenea, subliniem că matricea de identitate este definită numai pentru matrice pătrată.

Iată exemple de matrice de identitate:

Matrici pătrate

A = , B =

sunt numite triunghiular superior și respectiv inferior.

2 . Fie m = 1, atunci matricea A este o matrice rând, care are forma:

3 . Fie n=1, atunci matricea A este o matrice coloană, care are forma:


4 .O matrice zero este o matrice de ordinul m´n, toate elementele care sunt egale cu 0:

Rețineți că matricea nulă poate fi o matrice pătrată, o matrice de rând sau o matrice de coloană. Matricea zero este analogul matricei lui zero în mulțimea numerelor reale.

5 . Matricea se numește transpus la o matrice și se notează dacă coloanele sale sunt rândurile numerotate corespunzătoare ale matricei.

Exemplu . Fie = , apoi = .

Rețineți că dacă matricea A are ordinul m´n, atunci matricea transpusă are ordinul n´m.

6 . Matricea A se numește simetric , dacă A=A și oblic-simetric , dacă A = –A.

Exemplu . Examinați simetria matricelor A și B.

Atunci = , prin urmare, matricea A este simetrică, deoarece A = A.

В = , atunci = , prin urmare, matricea В este simetrică oblică, deoarece В = – В.

Rețineți că matricele simetrice și oblic-simetrice sunt întotdeauna pătrate. Pe diagonala principală a unei matrice simetrice pot apărea orice elemente, iar elementele identice trebuie să apară simetric față de diagonala principală, adică =. Diagonala principală a unei matrice de simetrie oblică conține întotdeauna zerouri și simetric față de diagonala principală = – .

2. ALGEBRA MATRICELOR

Să ne uităm la operațiile pe matrice, dar mai întâi vom introduce câteva concepte noi.

Două matrici A și B se numesc matrici de același ordin dacă au același număr de rânduri și același număr de coloane.

Exemplu. și sunt matrici de același ordin 2´3;

Și sunt matrici de ordine diferite, deoarece 2´3≠3´2.

Conceptele de „mai mult” și „mai puțin” nu sunt definite pentru matrice.

Se spune că matricele A și B sunt egale dacă sunt de același ordin m´n, și = , unde 1, 2, 3, …, m și j = 1, 2, 3, …, n.

Înmulțirea unei matrice cu un număr.

Înmulțirea matricei A cu numărul λ are ca rezultat înmulțirea fiecărui element al matricei cu numărul λ:

λA = , λR.


Din această definiție rezultă că factorul comun al tuturor elementelor matricei poate fi scos din semnul matricei.

Exemplu.

Fie matricea A =, apoi 5A= =.

Fie matricea B = = = 5.

Proprietățile înmulțirii unei matrice cu un număr :

2) (λμ)А = λ(μА) = μ(λА), unde λ,μ R;

3) (λA) = λA;

Suma (diferența) matricelor .

Suma (diferența) este determinată numai pentru matrice de același ordin m´n.

Suma (diferența) a două matrice A și B de ordinul m´n este o matrice C de același ordin, unde = ± ( 1, 2, 3, …, m ,

j= 1, 2, 3, …, n.).

Cu alte cuvinte, matricea C este formată din elemente egale cu suma (diferența) elementelor corespunzătoare ale matricelor A și B.

Exemplu . Aflați suma și diferența matricelor A și B.


atunci =+= =,

=–==.

Daca = , = , atunci A ± B nu există, deoarece matricele sunt de ordine diferită.

Din definițiile de mai sus rezultă proprietăți sume matriceale:

1) comutativitatea A+B=B+A;

2) asociativitatea (A+B)+C=A+(B+C);

3) distributivitatea la înmulțirea cu numărul λR: λ(A+B) = λA+λB;

4) 0+A=A, unde 0 este o matrice zero;

5) A+(–A)=0, unde (–A) este matricea opusă matricei A;

6) (A+B)= A+B.

Produsul matricelor.

Funcționarea produsului nu este definită pentru toate matricele, ci doar pentru cele potrivite.

Matricele A și B se numesc ne-am înțeles asupra , dacă numărul de coloane ale matricei A este egal cu numărul de rânduri ale matricei B. Deci, dacă , , m≠k, atunci matricele A și B sunt consistente, deoarece n = n, iar în ordine inversă, matricele B și A sunt inconsecvente, deoarece m ≠ k. Matricele pătrate sunt consistente atunci când au același ordin n, iar atât A și B, cât și B și A sunt consistente. Dacă , a , atunci matricele A și B, precum și matricele B și A, vor fi consistente, deoarece n = n, m = m.

Produsul a două matrici potrivite și

A= , V=

se numește matrice C de ordinul m´k:

=∙, ale căror elemente sunt calculate folosind formula:

(1, 2, 3, …, m, j=1, 2, 3, …, k),

adică elementul rândului i și coloanei j a matricei C este egal cu suma produselor tuturor elementelor din rândul i al matricei A cu elementele corespunzătoare ale coloanei j a matricea B.

Exemplu . Aflați produsul matricelor A și B.

∙===.

Produsul matricelor BA∙A nu există, deoarece matricele B și A nu sunt consistente: matricea B este de ordin 2´2, iar matricea A este de ordin 3´2.

Sa luam in considerare proprietăți produse ale matricelor:

1 ) necomutativitate: AB ≠ BA, chiar dacă A și B, și B și A sunt consecvente. Dacă AB = BA, atunci matricele A și B se numesc comutație (matricele A și B în acest caz vor fi neapărat pătrate).

Exemplul 1 . = , = ;

==;

==.

Este evident că ≠ .

Exemplul 2 . = , = ;

= = =;

= = = .

Concluzie: ≠, deși matricele sunt de aceeași ordine.

2 ) pentru orice matrice pătrată, matricea de identitate E comută la orice matrice A de același ordin și, ca rezultat, obținem aceeași matrice A, adică AE = EA = A.

Exemplu .

===;

===.

3 ) A·0 = 0·A = 0.

4 ) produsul a două matrici poate fi egal cu zero, în timp ce matricele A și B pot fi nenule.

Exemplu .

= ==.

5 ) asociativitatea ABC=A(BC)=(AB)C:

· (·

Exemplu .

Avem matrici, , ;

atunci Aּ(BּC) = (·

(AּB)ּC=

===

==.

Astfel, am arătat prin exemplu că A(B) = (A)C.

6 ) distributivitatea în raport cu adaosul:

(A+B)∙C = AC + BC, A∙(B + C) = AB + AC.

7) (A∙B)= B∙A.

Exemplu.

, =.

Apoi AB =∙==

=(A∙B)= =

ÎNA =∙ = ==.

Prin urmare, ( A∙B)= ÎN A .

8 ) λ(AּB) = (λA)ּ B = Aּ (λB), λ,R.

Sa luam in considerare exemple tipice pentru a efectua operații pe matrice, adică trebuie să găsiți suma, diferența, produsul (dacă există) a două matrici A și B.

Exemplul 1 .

, .

Soluţie.

1) + = = =;

2) – ===;

3) produsul nu există, deoarece matricele A și B sunt inconsistente; totuși, produsul nu există din același motiv.

Exemplul 2 .

Soluţie.

1) suma matricelor, precum și diferența lor, nu există, deoarece matricele originale sunt de ordine diferită: matricea A are ordinul 2´3, iar matricea B are ordinul 3´1;

2) deoarece matricele A și B sunt consistente, atunci produsul matricelor A și B există:

·=·= =,

produsul matricelor ВּА nu există, deoarece matricele și sunt inconsistente.

Exemplul 3.

Soluţie.

1) suma matricelor, precum și diferența lor, nu există, deoarece matricele originale sunt de ordine diferită: matricea A are ordinul 3´2, iar matricea B are ordinul 2´3;

2) produsul ambelor matrici AּB și BּA există, deoarece matricele sunt consistente, dar rezultatul unor astfel de produse vor fi matrici de ordine diferite: ·=, ·=.

= = ;

·=·= =

În acest caz, AB ≠ BA.

Exemplul 4 .

Soluţie.

1) +===,

2) –= ==;

3) produs ca matrice A ּ ÎN, asa de ÎN ּ A, există deoarece matricele sunt consistente:

·==·= =;

·==·= =

=≠, adică matricele A și B nu fac navetă.

Exemplul 5 .

Soluţie.

1) +===,

2) –===;

3) produsul ambelor matrici AּB și BּA există, deoarece matricele sunt consistente:

·==·= =;

·==·= =

АּВ=ВּА, adică aceste matrice fac naveta.


CURTEA 2. DETERMINANȚI

Plan

1. Determinanții unei matrici pătrate și proprietățile acestora.

2. Laplace și teoremele de anulare.

Concepte cheie

Complement algebric al unui element determinant.

Element minor al determinantului.

Determinant de ordinul doi.

Determinant de ordinul trei.

Determinant de ordine arbitrară.

teorema lui Laplace.

Teorema anulării.

1. DETERMINANȚII UNEI MATRICE PĂTRATĂ ȘI PROPRIETĂȚILE LOR

Fie A o matrice pătrată de ordinul n:

A= .

Fiecare astfel de matrice poate fi asociată cu un singur număr real, numit determinant al matricei și notat

Det A= Δ= .

Rețineți că determinantul există numai pentru pătrat matrici

Să luăm în considerare regulile de calcul a determinanților și proprietățile lor pentru matrice pătrată de ordinul doi și al treilea, pe care le vom numi determinanți de concizie de ordinul doi și, respectiv, al treilea.

Determinant de ordinul doi matricea este un număr determinat de regula:

adică determinantul de ordinul doi este un număr egal cu produsul elementelor diagonalei principale minus produsul elementelor diagonalei secundare.

Exemplu .

Atunci == 4 3 – (–1) 2=12 + 2 = 14.

Trebuie amintit că parantezele rotunde sau pătrate sunt folosite pentru a desemna matrice, iar pentru determinant - linii verticale. O matrice este un tabel de numere, iar un determinant este un număr.

Din definiţia unui determinant de ordinul doi rezultă că proprietăți :

1. Determinantul nu se va schimba dacă toate rândurile sale sunt înlocuite cu coloanele corespunzătoare:

2. Semnul determinantului se schimbă în sens opus la rearanjarea rândurilor (coloanelor) determinantului:

3. Factorul comun al tuturor elementelor rândului (coloanei) determinantului poate fi scos din semnul determinantului:

4. Dacă toate elementele unui anumit rând (coloană) unui determinant sunt egale cu zero, atunci determinantul este egal cu zero.

5. Determinantul este egal cu zero dacă elementele corespunzătoare ale rândurilor (coloanelor) sale sunt proporționale:

6. Dacă elementele unui rând (coloană) a unui determinant sunt egale cu suma a doi termeni, atunci un astfel de determinant este egal cu suma a doi determinanți:

=+, =+.

7. Valoarea determinantului nu se va modifica dacă elementele corespunzătoare dintr-un alt rând (coloană) sunt adăugate (scăzute) elementelor rândului (coloanei) acestuia, înmulțite cu același număr:

=+=,

deoarece =0 prin proprietatea 5.

Vom considera mai jos proprietățile rămase ale determinanților.

Să introducem conceptul de determinant de ordinul trei: determinant al treilea Ordin al unei matrice pătrate este numărul

Δ == det A= =

=++– – – ,

adică fiecare termen din formula (2) este un produs al elementelor determinantului, luate unul și numai unul din fiecare rând și fiecare coloană. Pentru a vă aminti ce produse din formula (2) ar trebui luate cu semnul plus și care cu semnul minus, este util să cunoașteți regula triunghiurilor (regula lui Sarrus):



Exemplu . Calculați determinant

==

Trebuie remarcat faptul că proprietățile determinantului de ordinul doi discutate mai sus sunt transferate fără modificări în cazul determinanților de orice ordin, inclusiv a celui de-al treilea.

2. TEOREME LAPLACE ȘI ANULARE

Să luăm în considerare încă două proprietăți foarte importante ale determinanților.

Să introducem conceptele de complement minor și algebric.

Element minor al determinantului este un determinant obținut din determinantul inițial prin tăierea rândului și coloanei cărora le aparține acest element. Minorul unui element este notat cu .


Exemplu . = .

Atunci, de exemplu, = , = .

Adunarea algebrică a unui element Determinantul se numește minorul său, luat cu semnul. Vom nota complementul algebric, adică =.

De exemplu:

= , === –,

Să revenim la formula (2). Grupând elementele și luând factorul comun din paranteze, obținem:

=(– ) +( – ) +(–)=


Egalitățile sunt dovedite în mod similar:

1, 2, 3; (3)

Formulele (3) se numesc formule de expansiune determinant prin elemente ale rândului i (coloana j) sau formule Laplace pentru un determinant de ordinul trei.

Deci primim a opta proprietate a determinantului :

teorema lui Laplace . Determinantul este egal cu suma tuturor produselor elementelor oricărui rând (coloană) prin complementele algebrice corespunzătoare ale elementelor acestui rând (coloană).

Rețineți că această proprietate a unui determinant nu este altceva decât definiția unui determinant de orice ordin. În practică, este folosit pentru a calcula determinantul oricărei ordine. De regulă, înainte de a calcula determinantul, folosind proprietățile 1–7, se asigură, dacă este posibil, că în orice rând (coloană) toate elementele, cu excepția unuia, sunt egale cu zero și apoi le aranjează în funcție de elementele rândului (coloană). ).

Exemplu . Calculați determinant

== (scădeți primul din a doua linie) =

== (scădeți primul din a treia linie)=

== (extindem determinantul în elementele celui de-al treilea

rânduri) = 1ּ = (scădeți prima coloană din a doua coloană) = = 1998ּ0 – 1ּ2 = –2.

Exemplu .

Să luăm în considerare un determinant de ordinul al patrulea. Pentru a o calcula, vom folosi teorema lui Laplace, adică descompunerea în elementele unui rând (coloană).

== (deoarece a doua coloană conține trei elemente zero, vom extinde determinantul în elementele celei de-a doua coloane)= =3ּ= (din al doilea rând îl scadem pe primul, înmulțit cu 3, iar din al treilea rând îl scadem scădeți primul, înmulțit cu 2) =

3 = (extindem determinantul în elementele primei coloane) = 3ּ1ּ =

A noua proprietate determinantul se numeste teorema anulării :

suma tuturor produselor elementelor unui rând (coloană) a determinantului cu complementele algebrice corespunzătoare ale elementelor altui rând (coloană) este egală cu zero, adică

++ = 0,

Exemplu .

= = (se descompune în elemente ale liniei a treia)=

0ּ+0ּ+ּ = –2.

Dar, pentru același exemplu: 0ּ+0ּ+1ּ=

0ּ +0ּ+1ּ = 0.

Dacă determinantul oricărei ordine are formă triunghiulară

=, atunci este egal cu produsul elementelor de pe diagonală:

=ּּ…ּ. (4)


Exemplu. Calculați determinantul.

=

Uneori, atunci când se calculează determinantul folosind transformări elementare, este posibil să-l reducă la formă triunghiulară, după care se aplică formula (4).

În ceea ce privește determinantul produsului a două matrici pătrate, acesta este egal cu produsul determinanților acestor matrici pătrate: .


PRELEZA 3. MATRICE INVERSA

Plan

1. Conceptul de matrice inversă. Unicitatea matricei inverse.

2. Algoritm pentru construirea matricei inverse.

Proprietățile unei matrice inverse.

Concepte cheie

Matrice inversă.

Matrice adjunctă.

1. CONCEPTUL DE MATRICE INVERSA.

UNICITATEA MATRICEI INVERSE

În teoria numerelor, împreună cu un număr, ei definesc numărul opus acestuia () astfel încât , iar numărul opus acestuia astfel încât . De exemplu, pentru numărul 5 ar fi opusul

(– 5), iar inversul va fi . În mod similar, în teoria matricelor am introdus deja conceptul de matrice opusă, desemnarea acesteia (– A). Matrice inversă pentru o matrice pătrată A de ordinul n se numește matrice dacă egalitățile sunt îndeplinite

Unde E– matricea identitară de ordinul n.

Să observăm imediat că matricea inversă există numai pentru matrice pătrată nesingulară.

Matricea pătrată se numește nedegenerate (nesingular) dacă detA ≠ 0. Dacă detA = 0, atunci matricea A se numește degenerat (special).

Rețineți că matricea nesingulară A are un unic matrice inversă. Să demonstrăm această afirmație.

Lăsați pentru matrice A există două matrici inverse, adică

Apoi =ּ=ּ() =

Q.E.D.

Să găsim determinantul matricei inverse. Deoarece determinantul produsului a două matrice A și B de același ordin este egal cu produsul determinanților acestor matrici, adică, prin urmare, produsul a două matrice nesingulare AB este o matrice nesingulară.

Concluzionăm că determinantul matricei inverse este inversul determinantului matricei originale.


2. ALGORITM DE CONSTRUIRE A MATRICEI INVERSE.

PROPRIETĂȚI ALE MATRICEI INVERSE

Să arătăm că dacă matricea A este nesingulară, atunci există o matrice inversă pentru ea și o vom construi.

Să creăm o matrice din adunări algebrice elemente ale matricei A:

Transpunându-l, obținem așa-numitul atașat matrice:

.

Să găsim produsul ּ. Luând în considerare teorema lui Laplace și teorema de anulare:


ּ = =

=.

Încheiem:

Algoritm pentru construirea unei matrice inverse.

1) Calculați determinantul matricei A. Dacă determinantul este zero, atunci nu există o matrice inversă.

2) Dacă determinantul matricei nu este egal cu zero, atunci compuneți din complementele algebrice ale elementelor corespunzătoare ale matricei A matrice.

3) Prin transpunerea matricei se obține matricea adiacentă.

4) Folosind formula (2), creați o matrice inversă.

5) Utilizând formula (1), verificați calculele.

Exemplu . Aflați matricea inversă.

A). Fie A=. Deoarece matricea A are două rânduri identice, determinantul matricei este egal cu zero. Prin urmare, matricea este singulară și nu există o matrice inversă pentru aceasta.

b). Lăsa A =.

Să calculăm determinantul matricei

matricea inversă există.

Să creăm o matrice de adunări algebrice

= = ;

transpunând matricea, obținem matricea adjunctă

folosind formula (2) găsim matricea inversă

==.

Să verificăm exactitatea calculelor

= = .

Prin urmare, matricea inversă construită este corectă.

Proprietățile unei matrice inverse

1. ;

2. ;

3. .


4. SARCINI ȘI EXERCIȚII

4.1 Matrici și operații asupra acestora

1. Aflați suma, diferența, produsul a două matrici A și B.

A) , ;

b) , ;

V) , ;

G) , ;

d) , ;

e) , ;

și) , ;

h), ;

Și) , .

2. Demonstrați că matricele A și B fac navetă.

A) , ; b) , .

3. Date matrice A, B și C. Să se arate că (AB)·C=A·(BC).

A) , , ;

b) , , .

4. Calculați (3A – 2B) C, dacă

, , .

5. Aflați dacă

A) ; b) .


6. Aflați matricea X dacă 3A+2X=B, unde

, .

7. Găsiți ABC dacă

A) , , ;

b) , , .

RĂSPUNSURI PE TEMA „MATRICE ȘI ACȚIUNI ASUPRA ELE”

1. a) , ;

b) produsele AB și BA nu există;

V) , ;

G) , ;

e) nu există sume, diferențe și produse ale matricelor VA, ;

e), ;

g) produsele matrice nu există;

h) , ;

Și) , .

2. a) ; b) .

3. a) ; b) .

4. .

5. a) ; b) .

6. .

7. a) ; b) .

4.2 Determinanți

1. Calculați determinanții

A) ; b) ; V) ; G) ; d) ; e) ;

și) ; h) .

3. Folosind regula triunghiurilor, calculați determinanții

A) ; b) ; V) ; G).

4. Calculați determinanții din exemplul 2 folosind teorema lui Laplace.

5. Calculați determinanții, simplificându-i anterior:

A) ; b) ; V) ;

G) ; d) ; e) ;

și) .

6. Calculați determinantul reducându-l la formă triunghiulară

.

7. Fie date matricele A și B. Demonstrați că :

, .

RĂSPUNSURI PE TEMA „CALIFICAȚI”

1. a) 10; b) 1; c) 25; d) 16; e) 0; e) –3; g) -6; h) 1.

2. a) –25; b) 168; la 21; d) 12.

3. a) –25; b) 168; la 21; d) 12.

4. a) 2; b) 0; c) 0; d) 70; e) 18; e) –66; g) -36.

4.3 Matricea inversă

1. Aflați matricea inversă:

A) ; b) ; V) ; G) ;

d) ; e) ; și) ; h) ;

Și) ; La) ; l) ;

m) ; m) .


2. Găsiți matricea inversă și verificați dacă este îndeplinită condiția:

A) ; b) .

3. Demonstrați egalitatea :

A) , ; b) ,.

4. Demonstrați egalitatea :

A) ; b) .

RĂSPUNSURI PE TEMA „MATRICE INVERSA”

1. a) ; b) ; V) ; G) ;

d) ; e) ; și) ;

h) ; Și) ;

La) ; l) ;

m) ; m) .

2. a) ; b) .

2. a) , , =;

b) , ,

=.

5. a) , ,

, ;

b) , ,

, .


5. SARCINI INDIVIDUALE

1. Calculați determinantul prin expansiune

a) pe linia i-a;

b) de-a lungul coloanei j-a.

1.1. ; 1.2. ; 1.3. ;

i=2, j=3. i=4, j=1. i=3, j=2.

1.4. ; 1.5. ; 1.6. ;

i=3, j=3. i=1, j=4. i=2, j=2.

1.7. ; 1.8. ; 1.9. ;

i=4, j=4. i=2, j=2. i=3, j=2.

1.10. ; 1.11. ; 1.12. ;

i=2, j=1. i=1, j=2. i=3, j=2.


1.13. ; 1.14. ; 1.15. ;

i=2, j=3. i=1, j=3. i=4, j=2.

1.16. ; 1.17. ; 1.18. ;

i=2, j=3. i=2, j=4. i=1, j=3.

1.19. ; 1.20. ; 1.21. ;

i=2, j=2. i=1, j=4. i=3, j=2.

1.22. ; 1.23. ; 1.24. ;

i=1, j=3. i=2, j=1. i=3, j=4.

1.25. ; 1.26. ; 1.27. ;

i=4, j=3. i=3, j=3. i=1, j=2.


1.28. ; 1.29. ; 1.30. .

i=3, j=3. i=2, j=1. i=3, j=2.


LITERATURĂ

1. Zhevnyak R.M., Karpuk A.A. Matematică superioară. – Mn.: Mai sus. şcoală, 1992.- 384 p.

2. Gusak A.A. Un ghid de referință pentru rezolvarea problemelor: geometrie analitică și algebră liniară. – Mn.: Tetrasystems, 1998.- 288 p.

3. Markov L.N., Razmyslovich G.P. Matematică superioară. Partea 1. –Mn.: Amalthea, 1999. – 208 p.

4. Belko I.V., Kuzmich K.K. Matematică superioară pentru economiști. I semestru. M.: Cunoștințe noi, 2002.- 140 p.

5.Kovalenko N.S., Minchenkov Yu.V., Ovseets M.I. Matematică superioară. Manual indemnizatie. -Mn.: CIUP, 2003. – 32 p.

 


Citit:



Recenzie Samsung Galaxy A5 (2017): medie cu protecție împotriva apei și selfie-uri cool

Recenzie Samsung Galaxy A5 (2017): medie cu protecție împotriva apei și selfie-uri cool

Samsung Galaxy A5 2017 se vinde cu viteza luminii. Dar chiar merită smartphone-ul banii? Dezasamblam procesorul, camera, difuzoarele Samsung...

Lena Miro: „De ce ai nevoie de magie când există fitness?

Lena Miro:

Lena Miro (Elena Mironenko) - scriitoare, scenarist, blogger la LiveJournal. Născut pe 24 iunie 1981 în Stary Oskol, Rusia. Inaltime 169...

Așa se întâmplă în viața unei femei care poate jigni pe oricine

Așa se întâmplă în viața unei femei care poate jigni pe oricine

Nu este un secret pentru nimeni că există o pagină de blogger plătită și promovată pe Internet - o anume Lena Miro. Fata este deloc uimitoare...

Ce să faci dacă Windows XP nu se instalează?

Ce să faci dacă Windows XP nu se instalează?

Windows XP nu se va instala, procesul de instalare este întrerupt chiar de la început și este însoțit de apariția unui ecran albastru cu o descriere a codului de eroare....

feed-image RSS