Ранг матриці.

Нехай задано матрицю А_тхп = А. Виділимо в матриці А будь-які k рядків і стільки ж стовпців, де k — число, не більше чисел т і п, тобто k min (т, п).

Визначник порядку k, складений з елементів, що стоять на перети­ні виділених рядків і стовпців, називається мінором k-гo порядку мат­риці А.

Рангом r (А) матриці А називається найбільший з порядків її мі­норів, відмінних від нуля.

Безпосередньо з означення випливає, що:

1) Ранг існує для будь-якої матриці А_тхп, причому

2) r (A) = 0 тоді і тільки тоді, коли А = 0;

3) для квадратної матриці п-го порядку ранг дорівнює п тоді і тіль­ки тоді, коли матриця невироджена.

Ранг матриці можна знайти так. Якщо всі мінори першого порядку (елементи матриці) дорівнюють нулю, то r = 0. Якщо хоч один з мі­норів першого порядку відмінний від нуля, а всі мінори другого по­рядку дорівнюють нулю, то r = 1. У випадку, коли є мінор другого по­рядку, відмінний від нуля, досліджуємо мінори третього порядку. Так продовжуємо доти, поки не станеться одне з двох: або всі мінори по­рядку k дорівнюють нулю, або мінорів порядку k не існує, тоді r = k-l.

Приклад

Знайти ранг матриці

О Серед мінорів першого порядку (тобто елементів матриці) є відмінні від нуля) тому r (А) 1.

Оскільки один з мінорів другого порядку

а всі мінори третього порядку дорівнюють нулю, то r (А) = 2. •

Вказаний метод знаходження рангу матриці не завжди зручний, тому що пов'язаний з обчисленням значного числа визначників. Про­стіший метод ґрунтується на тому, що ранг матриці не змінюється, якщо над матрицею виконати так звані елементарні перетворення, а саме [1]:

а) переставити місцями два рядки (стовпці);

б) помножити кожен елемент рядка (стовпця) на один і той самий відмінний від нуля множник;

в) додати до елементів рядка (стовпця) відповідні елементи друго­го рядка (стовпця), помножені на одне і те саме число.

Розглянемо довільну (не обов’язково квадратну) матрицю A . Рангом r(A) цієї матриці називається найвищий порядок її мінора, що не дорівнює нулю.

Приклад. Матриця має три мінори третього поряду (всі з яких дорівнюють нулю), дев’ять мінорів другого порядку (з яких деякі дорівнюють нулю, а деякі – ні) та 12 мінорів першого порядку. Отже, для цієї матриці ранг r(A)=2.

Обернена матриця.

Матриця А^-1 називається оберненою до квадратної матриці А, якщо добуток цих матриць дорівнює одиничній матриці, тобто АА^-1=А^-1А=Е.

Обернена матриця існує для всякої квадратної матриці А, яка є невиродженою, тобто коли визначник матриці detA ≠ 0.

Алгоритм знаходження оберненої матриці:

1. Обчислити визначник матриці А. Якщо detA ≠ 0, то матриця А має обернену, в іншому випадку оберненої матриці не існує.

2. знайти транспоновану матрицю А^Т

3. Обчислити алгебричні доповнення А_ij елементів матриці А^Т.

4. Визначити обернену матрицю за формулою:

.

1. Знайти матрицю, обернену до матриці і перевірити, чи справджуються рівності .

Розв’язання:

Знайдемо визначник матриці: .Оскільки , обернена матриця існує. Знаходимо алгебричні доповнення :А₁₁ = 3, А₁₂= -1, А₂₁ = -2, А₂₂ = 1. Тоді обернена матриця буде мати вигляд:

.

Перевіримо, чи виконуються рівності :

;

.

Отже .