- •I. Матрицы и определители 2
- •Лекция 1. Матрицы и определители, их характеристики
- •1.1. Понятие матрицы
- •Частные случаи квадратных матриц
- •1.2. Определители второго, третьего, n-го порядка
- •1.3. Свойства определителей
- •1.4. Разложение определителя по элементам строки или столбца
- •Лекция 2. Алгебра матриц
- •2.1. Основные операции над матрицами и их свойства
- •Правило умножения матриц
- •1.5. Вычисление определителей n-го порядка (2 метода)
- •1.6. Задания для самопроверки
- •Свойства операции сложения
- •Свойства операций умножения матрицы на число и умножения матриц
- •2.2. Обратная матрица
- •2.3. Решение матричных уравнений
- •2.4. Невырожденные системы n линейных уравнений с n неизвестными
- •2.5. Задания для самопроверки
- •Ответы к примерам для самопроверки
Свойства операции сложения
Рассмотрим
матрицы
,
,
– размера
.
1.
(коммутативность сложения).
2.
(ассоциативность сложения).
Свойства операций умножения матрицы на число и умножения матриц
(Напоминаем о необходимости согласования размеров перемножаемых матриц)
1.
(коммутативность умножения в общем
случае не выполняется).
Если
,
то матрицы
и
называютсяперестановочными.
Примеры перестановочных матриц
а)
![]()
б)
![]()
в)
![]()
–нулевая
матрица
(все элементы равны нулю). В общем случае
матрица
может иметь произвольную размерность,
но в данном примере ее размерность
согласована с размерностью матрицы
.
2.
(ассоциативность умножения).
3.
(дистрибутивность).
4.
(дистрибутивность
умножения на число относительно сложения
матриц).
5.
.
6.
.
7.
,
если
и
– квадратные матрицы.
2.2. Обратная матрица
Звуковое сопровождение лекции
Определение
Матрица
называетсяобратной
матрице
,
если
.
Отсюда
следует, что
и
– квадратные.
Определение
Если
,
матрица
называетсяневырожденной,
в противном случае
называетсявырожденной
матрицей.
Теорема (существования и единственности обратной матрицы)
Для всякой невырожденной матрицы существует и единственна обратная матрица
,
где
– присоединенная матрица (составлена
из алгебраических дополнений элементов
матрицы
:
каждый элемент матрицы
является алгебраическим дополнением
соответствующего элемента матрицы
).
Доказательство
Существование
По
условию,
– невырожденная
матрица, следовательно,
числовой множитель в формуле определен.
Составление матрицы
и ее транспонирование возможно для
любой квадратной матрицы. Таким образом,
матрица
существует для любой невырожденной
матрицы.
Является
ли построенная матрица обратной
к
?
Рассмотрим
произведение
![]()
.
При умножении
-й
строки первой матрицы на
-й
столбец второй получим
(воспользовались свойствами 8,
9
определителей, см. Лекцию 1). Окончательно
получим,
.
Аналогично
вычисляется произведение
.
Таким образом,
![]()
(по определению обратной матрицы).
Единственность
Допустим,
что кроме
существует
,
построенная отличным от указанного
выше способом (ясно, что при использовании
формулы
получается одна единственная матрица).
Составим выражение
.
Преобразуем его, используя свойства
операций над матрицами и определение
обратной матрицы
.
Таким
образом,
.
Умножим
это равенство слева на обратную матрицу,
например, на
:
,
преобразуем
,
,
,
что и требовалось доказать.
Пример
,
– ?
Решение
1.
– ?
![]()
существует
единственная
.
2.
– ?
.
3.
– ?
.
4.
– ?
.
Пример 10(для самопроверки)
Найдите
матрицу, обратную к матрице
.
Ответ
2.3. Решение матричных уравнений
Звуковое сопровождение лекции
Пусть
– известная квадратная матрица порядка
,
– неизвестная матрица размера
,
– известная матрица размера
.
–
– матричное
уравнение относительно
.
Если
– невырожденная матрица, то существует
и единственно решение уравнения
.
Чтобы
найти решение, умножим обе части уравнения
слева
на
:
.
Получим
.
Откуда следует
.
Аналогично ставятся и решаются задачи для уравнений вида:
![]()
![]()
,
![]()
.
Пример
Решите
матричное уравнение
,
где
.
Решение
Вычислим
,
значит, матрицаA
– невырожденная.
Построим матрицу A–1 , обратную матрице A, двумя способами. 1) Метод присоединенной матрицы:
.
2) Метод элементарных преобразований строк:

Записываем решение матричного уравнения:
.
Пример 11(для самопроверки)
Решите
матричное уравнение
,
где
Ответ
