Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЛекцЛА-3(МатрОпр).doc
Скачиваний:
2
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
2 Мб
Скачать
☆

3 .2. Линейная зависимость строк (столбцов) матрицы

Дана матрица .

Столбец

можно линейно выразить через остальные столбцы матрицы

.

Это значит, что существуют такие числа , что

.

Действительно,

,

т.к.

,

или

.

Рассмотрим матрицу типа

.

О пределение. Если некоторый столбец матрицы можно представить в виде суммы других столбцов, умноженных соответственно на числа , то его называют линейной комбинацией указанных столбцов.

Н апример, если столбец матрицы является линейной комбинацией остальных её столбцов, то это означает, что существуют числа , для которых

.

О пределение. Столбцы матрицы называются линейно зависимыми, если существуют такие числа , не равные одновременно нулю, что линейная комбинация столбцов равна нулевому столбцу:

. (3.1)

Если линейная комбинация столбцов (3.1) равна нулю тогда и только тогда, когда все коэффициенты равны нулю, т.е.

,

то столбцы, называются линейно независимыми.

Аналогичным образом можно ввести понятия линейной зависимости и линейной независимости между строками матрицы.

3.3. Базисные миноры. О пределение. Базисным минором матрицы называется отличный от нуля её минор, порядок которого равен рангу матрицы.

Для ненулевой матрицы существует базисный минор; отметим, что он может оказаться не единственным.

Строки и столбцы матрицы, которым принадлежат элементы базисного минора, называются базисными.

Теорема 3.1 (теорема о базисном миноре).

1. Базисные строки (столбцы) линейно независимы.

2. Любая строка (столбец) матрицы является линейной комбинацией её базисных строк (столбцов).

▲ Предположим, что базисный минор матрицы

.

в её верхнем левом углу, т.е. строках матрицы и первых столбцах.

Такое предположение не уменьшает общности рассуждения.

Пусть

  • – номер любой строки матрицы

( может принимать значения от 1 до ),

  • а – номер любого её столбца

( может принимать значения от 1 до ).

Рассмотрим следующий минор матрицы :

. (3.2)

Если , то , т.к. в нём имеются две одинаковые строки.

Аналогично и .

Пусть и .

В этом случае из определения ранга матрицы, ибо определитель есть минор порядка, а все такие миноры матрицы равны нулю.

Таким образом, при любых значениях .

Разложив определитель по элементам последнего столбца, получим

, (3.3)

где – алгебраическое дополнение элемента в определителе (3.2).

Алгебраическое дополнение совпадает с базисным минором матрицы и, следовательно, отлично от нуля.

Поэтому равенство (3.3) можно записать в виде

или

,

где .

Придавая значения от 1 до , получим:

(3.4)

Равенства (3.4) показывают, что строка матрицы является линейной комбинацией первых строк с коэффициентами .

Т.к. эти равенства справедливы при любом от 1 до , то теорема доказана полностью. ▼

Основываясь на теореме о базисном миноре, докажем справедливость следующих предложений.

Предложение 3.1. Ранг матрицы не изменится, если к ней приписать строку, являющуюся линейной комбинацией строк матрицы.

▲ В самом деле, базисные строки исходной матрицы будут также базисными строками в дополненной матрице, т.к. строку из линейной комбинации всех строк исходной матрицы можно представить как линейную комбинацию базисных строк. ▼

Предложение 3.2. Ранг матрицы не изменится, если вычеркнуть из неё строку, являющуюся линейной комбинацией остальных строк матрицы.

▲ Исходная матрица получается из матрицы с вычеркнутой строкой путем добавления строки, являющейся линейной комбинацией строк матрицы .

Таким образом, предложение 2 сводится к предложению 1. ▼