Установите соответствие для матрицы

Установите соответствие для матрицы

Пусть A невырожденная n×n матрица. Тогда для нее существует матрица A -1 такая, что

где E — единичная матрица.

A -1 называется обратной к матрице A .

Нахождение обратной матрицы

Пусть задана матрица A порядка n×n и пусть ранг матрицы A :

Из определения обратной матрицы имеем:

Для нахождения обратной матрицы A -1 , перепишем матричное уравнение (1) в виде

  • Ax 1 =e 1 ,
  • Ax 2 =e 2 ,
  • .
  • Ax n =e n ,
(2)

где x ii-ый вектор столбец матрицы A -1 , которую нужно найти, e ii-ый вектор столбец единичной матрицы.

Таким образом для нахождения обратной матрицы A -1 нужно вычислить векторы столбцы x i для n систем линейных уравнений (2).

Рассмотрим первую систему линейных уравнений:

Для решения системы линейных уравнений (3) относительно x 1 воспользуемся методом Гаусса.

Аналогичным образом решаются остальные системы линейных уравнений (2).

Наконец группа векторов столбцов x 1 , x 2 , . x n образует обратную матрицу A -1 .

Заметим, что один раз находя матрицы перестановок P 1,P 2, . , P n-1 и матрицы исключений М 1, М 2, . M n-1 (см. страницу Метод исключения Гаусса) и построив матрицу

систему (2) можно преобразовать к виду

  • MAx 1 =Me 1 ,
  • MAx 2 =Me 2 ,
  • .
  • MAx n =Me n .

Отсюда находятся x 1 ,x 2 , . x n , при разных правых частях Me 1 , Me 2 , . Me n .

При вычислении обратной матрицы более удобно с правой стороны исходной матрицы добавить единичную матрицу и применять метод Гаусса в прямом и обратном направлениях.

Рассмотрим это на примере.

Пример вычисления обратной матрицы

Пусть требуется найти обратную матрицу A -1 для данной матрицы A:

Запишем с правой стороны единичную матрицу:

Выбираем ведущий элемент "4" (т.к. он самый большой по модулю) и переставляем местами первую и третью строки:

Применяем Гауссово исключение для первого столбца:

Переставляем вторую и третью строки и применяем Гауссово исключение для второго столбца:

Третью строку делим на -9/7:

Далее применяем Гауссово исключение в обратном порядке, т.е. третью строку оставляем без изменения, вторую строку суммируем с третьим умноженным на 3/2, первую суммируем с третьим умноженным на -2:

Вторую строку делим на -7/4:

Суммируем первую и вторую строки:

Делим первую строку на "4":

Таким образом, правая часть полученной матрицы и есть искомая обратная к матрице A:

Онлайн нахождение обратной матрицы

Для нахождения обратной матрицы используйте матричный онлайн калькулятор . Для подробного решения используйте калькулятор для вычиления обратной матрицы.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАТРИЦЫ. ВИДЫ МАТРИЦ

Матрицей размером m×n называется совокупность m·n чисел, расположенных в виде прямоугольной таблицы из m строк и n столбцов. Эту таблицу обычно заключают в круглые скобки. Например, матрица может иметь вид:

Читайте также:  Как разблокировать телефон хуавей пи смарт

Для краткости матрицу можно обозначать одной заглавной буквой, например, А или В.

В общем виде матрицу размером m×n записывают так

.

Числа, составляющие матрицу, называются элементами матрицы. Элементы матрицы удобно снабжать двумя индексами aij: первый указывает номер строки, а второй – номер столбца. Например, a23 – элемент стоит во 2-ой строке, 3-м столбце.

Если в матрице число строк равно числу столбцов, то матрица называется квадратной, причём число ее строк или столбцов называется порядком матрицы. В приведённых выше примерах квадратными являются вторая матрица – её порядок равен 3, и четвёртая матрица – её порядок 1.

Матрица, в которой число строк не равно числу столбцов, называется прямоугольной. В примерах это первая матрица и третья.

Различаются также матрицы, имеющие только одну строку или один столбец.

Матрица, у которой всего одна строка , называется матрицей – строкой (или строковой), а матрица, у которой всего один столбец, матрицей – столбцом.

Матрица, все элементы которой равны нулю, называется нулевой и обозначается (0), или просто 0. Например,

.

Главной диагональю квадратной матрицы назовём диагональ, идущую из левого верхнего в правый нижний угол.

Квадратная матрица, у которой все элементы, лежащие ниже главной диагонали, равны нулю, называется треугольной матрицей.

.

Квадратная матрица, у которой все элементы, кроме, быть может, стоящих на главной диагонали, равны нулю, называется диагональной матрицей. Например, или .

Диагональная матрица, у которой все диагональные элементы равны единице, называется единичной матрицей и обозначается буквой E. Например, единичная матрица 3-го порядка имеет вид .

ДЕЙСТВИЯ НАД МАТРИЦАМИ

Равенство матриц. Две матрицы A и B называются равными, если они имеют одинаковое число строк и столбцов и их соответствующие элементы равны aij = bij. Так если и , то A=B, если a11 = b11, a12 = b12, a21 = b21 и a22 = b22.

Транспонирование. Рассмотрим произвольную матрицу A из m строк и n столбцов. Ей можно сопоставить такую матрицу B из n строк и m столбцов, у которой каждая строка является столбцом матрицы A с тем же номером (следовательно, каждый столбец является строкой матрицы A с тем же номером). Итак, если , то .

Эту матрицу B называют транспонированной матрицей A, а переход от A к B транспонированием.

Таким образом, транспонирование – это перемена ролями строк и столбцов матрицы. Матрицу, транспонированную к матрице A, обычно обозначают A T .

Читайте также:  Не могу зарегистрироваться на сайте гто

Связь между матрицей A и её транспонированной можно записать в виде .

Например. Найти матрицу транспонированную данной.

Сложение матриц. Пусть матрицы A и B состоят из одинакового числа строк и одинакового числа столбцов, т.е. имеют одинаковые размеры. Тогда для того, чтобы сложить матрицы A и B нужно к элементам матрицы A прибавить элементы матрицы B, стоящие на тех же местах. Таким образом, суммой двух матриц A и B называется матрица C, которая определяется по правилу, например,

Примеры. Найти сумму матриц:

  1. .
  2. — нельзя, т.к. размеры матриц различны.
  3. .

Легко проверить, что сложение матриц подчиняется следующим законам: коммутативному A+B=B+A и ассоциативному (A+B)+C=A+(B+C).

Умножение матрицы на число. Для того чтобы умножить матрицу A на число k нужно каждый элемент матрицы A умножить на это число. Таким образом, произведение матрицы A на число k есть новая матрица, которая определяется по правилу или .

Для любых чисел a и b и матриц A и B выполняются равенства:

  1. .

  1. .
  2. Найти 2A-B, если , .

.

Найти C=–3A+4B.

Матрицу C найти нельзя, т.к. матрицы A и B имеют разные размеры.

Умножение матриц. Эта операция осуществляется по своеобразному закону. Прежде всего, заметим, что размеры матриц–сомножителей должны быть согласованы. Перемножать можно только те матрицы, у которых число столбцов первой матрицы совпадает с числом строк второй матрицы (т.е. длина строки первой равна высоте столбца второй). Произведением матрицы A не матрицу B называется новая матрица C=AB, элементы которой составляются следующим образом:

.

Таким образом, например, чтобы получить у произведения (т.е. в матрице C) элемент, стоящий в 1-ой строке и 3-м столбце c13, нужно в 1-ой матрице взять 1-ую строку, во 2-ой – 3-й столбец, и затем элементы строки умножить на соответствующие элементы столбца и полученные произведения сложить. И другие элементы матрицы-произведения получаются с помощью аналогичного произведения строк первой матрицы на столбцы второй матрицы.

В общем случае, если мы умножаем матрицу A = (aij) размера m×n на матрицу B = (bij) размера n×p, то получим матрицу C размера m×p, элементы которой вычисляются следующим образом: элемент cij получается в результате произведения элементов i-ой строки матрицы A на соответствующие элементы j-го столбца матрицы B и их сложения.

Из этого правила следует, что всегда можно перемножать две квадратные матрицы одного порядка, в результате получим квадратную матрицу того же порядка. В частности, квадратную матрицу всегда можно умножить саму на себя, т.е. возвести в квадрат.

Читайте также:  Какая ячейка называется активной в excel

Другим важным случаем является умножение матрицы–строки на матрицу–столбец, причём ширина первой должна быть равна высоте второй, в результате получим матрицу первого порядка (т.е. один элемент). Действительно,

.

    Пусть

Найти произведение матриц.

.

  • .
  • — нельзя, т.к. ширина первой матрицы равна 2-м элементам, а высота второй – 3-м.
  • Пусть
  • , B·A – не имеет смысла.

    Таким образом, эти простые примеры показывают, что матрицы, вообще говоря, не перестановочны друг с другом, т.е. A∙BB∙A. Поэтому при умножении матриц нужно тщательно следить за порядком множителей.

    Можно проверить, что умножение матриц подчиняется ассоциативному и дистрибутивному законам, т.е. (AB)C=A(BC) и (A+B)C=AC+BC.

    Легко также проверить, что при умножении квадратной матрицы A на единичную матрицу E того же порядка вновь получим матрицу A, причём AE=EA=A.

    Можно отметить следующий любопытный факт. Как известно произведение 2-х отличных от нуля чисел не равно 0. Для матриц это может не иметь места, т.е. произведение 2-х не нулевых матриц может оказаться равным нулевой матрице.

    Например, если , то

    .

    Пусть дана матрица второго порядка – квадратная матрица, состоящая из двух строк и двух столбцов .

    Определителем второго порядка, соответствующим данной матрице, называется число, получаемое следующим образом: a11a22 – a12a21.

    Определитель обозначается символом .

    Итак, для того чтобы найти определитель второго порядка нужно из произведения элементов главной диагонали вычесть произведение элементов по второй диагонали.

    Примеры. Вычислить определители второго порядка.

    1. .
    2. Вычислить определитель матрицы D, если D= -А+2В и

    Аналогично можно рассмотреть матрицу третьего порядка и соответствующий ей определитель.

    Определителем третьего порядка, соответствующим данной квадратной матрице третьего порядка, называется число, обозначаемое и получаемое следующим образом:

    .

    Таким образом, эта формула даёт разложение определителя третьего порядка по элементам первой строки a11, a12, a13 и сводит вычисление определителя третьего порядка к вычислению определителей второго порядка.

    Примеры. Вычислить определитель третьего порядка.

    1. .
    2. .
    3. Решите уравнение..

    .

    Аналогично можно ввести понятия определителей четвёртого, пятого и т.д. порядков, понижая их порядок разложением по элементам 1-ой строки, при этом знаки "+" и "–" у слагаемых чередуются.

    Итак, в отличие от матрицы, которая представляют собой таблицу чисел, определитель это число, которое определённым образом ставится в соответствие матрице.

    Ссылка на основную публикацию
    Усики для автомобильной антенны
    Убираясь в бардачке я наткнулся на ремкомплект антенных усиков — лежит наверно уже полгода, всё наклеить не могу, то забываю,...
    Телефонный шлюз что это
    VoIP-шлюз — это межсетевой шлюз, предназначенный для перевода трафика между сетями различных типов. VoIP-шлюзы можно разделить на многоканальные и одноканальные:...
    Телефонная клавиатура на компьютере
    Виртуальная клавиатура выручит Вас, когда выйдет из строя основное физическое устройство ввода, полностью или частично ( поломается несколько клавиш )....
    Усиление сигнала интернета на даче своими руками
    С наступление дачного сезона, я озадачился установкой хорошего скоростного интернет на даче, у нас голосовая связь работает без проблем, а...
    Adblock detector