Действия над матрицами
Определение. Суммой двух матриц и одинаковых размеров называется матрица того же размера такая, что (10) Пример 14.Найти сумму матриц и , если Решение. Для любых матриц и одинакового размера справедливы следующие свойства: 1. 2. 3. . Определение. Произведением матрицы на число называется матрица такая, что (11) Пример 15. , . Найти . Решение. Матрица называется противоположной матрице . Для любых матриц и одинакового размера и любых действительных чисел справедливы следующие свойства: 1. 2. 3. 4. 5. . Операция умножения двух матриц вводится только для случая, когда число столбцов первой матрицы равно числу строк второй матрицы. Оределение.Произведением матрицы на матрицу называется матрица такая, что , (12) где , . Формулу (12) для нахождения элемента полезно помнить в виде правила: в матрице выделяем - ю строку, в матрице выделяем -й столбец.
Тогда для того, чтобы получить элемент матрицы , расположенный на пересечении i-й строки и k-го столбца, надо каждый элемент i-й строки матрицы умножить на соответствующий элемент k-го столбца матрицы и все полученные произведения сложить. Если матрицы и квадратные одного размера, то произведения и всегда существуют. Пример 16. Найти произведение матриц и , если . Решение. Для получения первой строки новой матрицы фиксируем в матрице первую строку (2 0), а в матрице выделяем поочередно первый, второй и третий столбцы: . Элемент находим как сумму произведений элементов первой строки матрицы на соответствующие элементы первого столбца матрицы по правилу: «произведение первого элемента строки на первый элемент столбца плюс произведение второго элемента строки на второй элемент столбца». Пользуясь этим правилом, находим: Для вычисления элементов , , фиксируем вторую строку матрицы (-1 3) и умножаем её поочередно на первый, второй и третий столбцы матрицы : Пример 17. Даны матрицы Найти и . Решение. Произведение не определено, так как число столбцов матрицы (3)не совпадает с числом строк матрицы (2). Произведение определено, так как число столбцов матрицы (2) совпадает с числом строк матрицы (2). Используя правило, рассмотренное в предыдущем примере, найдем произведение : Матрицы и называются перестановочными, если . Умножение матриц обладает следующими свойствами: если указанные суммы и произведения матриц имеют смысл. 6. Если квадратная матрица n-го порядка, Е-единичная матрица того же порядка, то . 7. Для операции транспонирования верны следующие равенства: Пример 18. Даны матрицы Проверить справедливость равенства 5. Решение.Найдем произведение : Таким образом, Пример 19. Даны матрицы Показать, что Решение. Найдем произведение матриц АВ:
Найдем Получим Пример 20.Даны две матрицы Найти АВ. Решение. Пример 21. Найти значение матричного многочлена если , Е - единичная матрица третьего порядка. Решение. . Найдем : = , Пример 22. Найти произведение матриц , если оно определено, где Решение.Рассмотрим матрицы и В. Размер матрицы , размер матрицы . Так как число столбцов матрицы (3) равно числу строк матрицы (3), то произведение определено, в результате получим матрицу размера . Число столбцов матрицы (1) совпадает с числом строк матрицы (1), таким образом, произведение определено, получаемая матрица будет размера . Найдем произведение : Найдем произведение : Обратная матрица Пусть А-квадратная матрица n-го порядка . Определение. Матрица составленная из алгебраических дополнений к элементам матрицы А, называется присоединенной к матрице А. Алгебраические дополнения к элементам квадратной матрицы находятся так же, как к элементам ее определителя. В присоединенной матрице алгебраические дополнения элементов строки стоят в столбце с таким же номером. Пример 23. Дана матрица Найти матрицу, присоединенную к матрице А. Решение. Найдем алгебраические дополнения к элементам матрицы А: Составим матрицу , присоединенную к матрице А . Определение. Матрица называется обратной матрице А, если выполняется условие , (14) где – единичная матрица того же порядка, что и матрица . Матрица имеет те же размеры, что и матрица . Теорема. Для того, чтобы матрица имела обратную матрицу, необходимо и достаточно, чтобы то есть чтобы матрица была невырожденной. Обратная матрица находится по формуле: (15) для матрицы А третьего порядка. Свойства обратной матрицы: 1. 2. 3. Пример 24. Найти , если Решение. Проверим, является ли данная матрица невырожденной. Вычислим определитель, соответствующий матрице : следовательно, матрица невырожденная и для нее существует обратная матрица . Найдем алгебраические дополнения элементов матрицы : Составим матрицу по формуле (15) Проверка: Следовательно, обратная матрица найдена верно. Пример 25. Показать, что матрица является обратной для , если Решение. Найдем произведение матриц и : Следовательно, матрица является обратной для матрицы . Пример 26. Найти матрицу, обратную для матрицы Решение. Найдем определитель матрицы : Матрица – вырожденная, значит обратная для нее матрица не существует.
Пример 27. Найти матрицу, обратную для данной матрицы Решение. Найдем определитель матрицы : значит матрица невырожденнаяи для нее существует обратная матрица .
Вычислим алгебраические дополнения элементов матрицы : Используя формулу (15), составим матрицу : . Проверка: Значит обратная матрица найдена верно. Ранг матрицы Рассмотрим матрицу размера . Выделим в ней k строк и k столбцов . Из элементов, стоящих на пересечении выделенных строк и столбцов, составим определитель k-го порядка. Все такие определители называются минорами этой матрицы. Определение. Рангом матрицы называется наибольший из порядков миноров данной матрицы, отличных от нуля. Обозначают ранг матрицы или . Пример 28. Найти ранг матрицы: Решение. Дана матрица размера . Возможный ранг матрицы равен трем, т.к. . Но матрица содержит два нулевых столбца, поэтому все определители третьего порядка, составленные из элементов данной матрицы равны нулю: , , . Составим минор второго порядка, например . Значит, Ранг матрицы удобно вычислять, используя элементарные преобразования над матрицей. К элементарным относятся следующие преобразования: 1) перестановка местами двух параллельных рядов матрицы; 2) умножение всех элементов ряда матрицы на число, отличное от нуля; 3) прибавление ко всем элементам ряда матрицы соответствующих элементов параллельного ряда, умноженных на одно и то же число. Определение. Две матрицы и называются эквивалентными, если одна из них получается из другой с помощью элементарных преобразований. Записывается ~В. Свойства ранга матрицы: 1. При транспонировании матрицы ее ранг не меняется. 2. Ранг матрицы не изменится, если вычеркнуть из матрицы нулевой ряд. 3. При элементарных преобразованиях ранг матрицы не изменяется, т.е. если ~В, то Пример 29. Найти ранг матрицы Решение. Умножим элементы первой строки на (-2) и прибавим к элементам третьей строки ~ Элементы второй строки умножим на 3 и прибавим к элементам третьей строки ~ Вычеркнем третью строку полученной матрицы, т.к. все ее элементы равны нулю: ~ . Составим минор второго порядка: . Таким образом, В преобразованной матрице получилось две ненулевые строки. Пример 30. Найти ранг матрицы . Решение. Умножим элементы первой строки на (-2) и прибавим к элементам второй строки данной матрицы: ~ . Умножим элементы первой строки на (-3) и прибавим к элементам третьей строки: ~ . Элементы второй строки полученной матрицы умножим на (-5) и прибавим к элементам третьей строки: ~ Из элементов полученной матрицы составим определитель третьего порядка. Для этого возьмем первые три столбца: . Получили определитель треугольного вида, значение которого равно произведению элементов главной диагонали . Ранг последней матрицы равен 3, следовательно, ранг данной матрицы тоже равен 3. В последней матрице содержится три ненулевые строки. Можно сделать следующий вывод: ранг матрицы равен количеству ненулевых строк преобразованной к треугольному виду матрицы.
Популярное: Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1336)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |