- •Частный институт управления и предпринимательства
- •2. Алгебра матриц
- •Лекция 2. Определители План
- •Ключевые понятия
- •1. Определители квадратной матрицы и их свойства
- •2. Теоремы лапласа и аннулирования
- •Лекция 3. Обратная матрица
- •2. Алгоритм построения обратной матрицы свойства обратной матрицы
- •Свойства обратной матрицы
- •Литература
- •Содержание Лекция 1. Матрицы……………………………………………………3
2. Алгебра матриц
Рассмотрим действия над матрицами, но вначале введем несколько новых понятий.
Две матрицы А и В называются матрицами одного порядка, если они имеют одинаковое количество строк и одинаковое количество столбцов.
Пример.
и
– матрицы одного порядка 23;
и
– матрицы разных порядков, так как
23≠32.
Понятия ″больше″ и ″меньше″ для матриц не определяют.
Матрицы А и В
называются равными, если они одного
порядка mn,
и
=
,
где
1, 2, 3, …,m, аj= 1, 2, 3, …,n.
Умножение матрицы на число.
Умножение матрицы А на число λ приводит к умножению каждого элемента матрицы на число λ:
λА =
,
λ
R.
Из данного определения следует, что общий множитель всех элементов матрицы можно выносить за знак матрицы.
Пример.
Пусть матрица А
=
,
тогда 5А=
=
.
Пусть матрица В =
=
= 5
.
Свойства умножения матрицы на число:
1) λА = Аλ;
2) (λμ)А = λ(μА) =
μ(λА), где λ,μ
R;
3) (λА)
= λА
;
4) 0ּА = 0.
Сумма (разность) матриц.
Сумма (разность) определяется лишь для матриц одного порядка mn.
Суммой (разностью)
двух матриц А и В порядка mnназывается матрица С того же порядка,
где
=
±
(
1, 2, 3, …,m,
j= 1, 2, 3, …,n.).
Иными словами, матрица С состоит из элементов, равных сумме (разности) соответствующих элементов матриц А и В.
Пример.Найти сумму и разность матриц А и В.
=
,
=
,
тогда
=
+
=
=
,
=
–
=
=
.
Если же
=
,
=
,
то А ± В не существует, так как матрицы
разного порядка.
Из данных выше определений следуют свойствасуммы матриц:
коммутативность А+В=В+А;
ассоциативность (А+В)+С=А+(В+С);
дистрибутивность к умножению на число λ
R:
λ(А+В) = λА+λВ;0+А=А, где 0 – нулевая матрица;
А+(–А)=0, где (–А) – матрица, противоположная матрице А;
(А+В)
=
А
+
В
.
Произведение матриц.
Операция произведения определяется не для всех матриц, а лишь для согласованных.
Матрицы А и В называются согласованными,
если число столбцов матрицы А равно
числу строк матрицы В. Так, если
,
,m≠k, то
матрицы А и В согласованные, так какn=n, а в обратном порядке
матрицы В и А несогласованные, так какm≠k.
Квадратные матрицы согласованы, когда
у них одинаковый порядокn,
причем согласованы как А и В, так и В и
А. Если
,
а
,
то будут согласованы матрицы А и В, а
также матрицы В и А, так какn=n,m=m.
Произведением двух согласованных матриц
и![]()
А=
,
В=
называется матрица С порядка mk:
=
∙
,
элементы которой вычисляются по формуле:
(
1,
2, 3, …, m , j=1, 2, 3, …, k),
то есть элемент
i–ой строки иj–го столбца матрицы С равен сумме
произведений всех элементовi–ой строки матрицы А на соответствующие
элементыj–го столбца
матрицы В.
Пример. Найти произведение матриц А и В.
=
,
=
,
∙
=
=
=
.
Произведение матриц В∙А не существует, так как матрицы В и А не согласованы: матрица В имеет порядок 22, а матрица А – порядок 32.
Рассмотрим свойства произведения матриц:
1) некоммутативность: АВ ≠ ВА, даже если А и В, и В и А согласованы. Если же АВ = ВА, то матрицы А и В называются коммутирующими (матрицы А и В в этом случае обязательно будут квадратными).
Пример 1.
=
,
=
;
![]()
=
=
;
![]()
=
=
.
Очевидно, что
≠
.
Пример 2.
=
,
=
;
![]()
=
=
=![]()
;
![]()
=
=
=
.
Вывод:
≠
,
хотя матрицы
и
одного
порядка.
2) для любых квадратных матриц единичная матрица Е является коммутирующей к любой матрице А того же порядка, причем в результате получим ту же матрицу А, то есть АЕ = ЕА = А.
Пример.
=
,
=
;
![]()
=
=
=
;
![]()
=
=
=
.
3) A·0 = 0·A = 0.
4) произведение двух матриц может равняться нулю, при этом матрицы А и В могут быть ненулевыми.
Пример.
=
,
=
;
![]()
=
=
=
.
5) ассоциативность АВС=А(ВС)=(АВ)С:
·
(
·
![]()
Пример.
Имеем матрицы
,
,![]()
;
тогда Аּ(ВּС)
=
(
·

(АּВ)ּС=
=
=
=
=
=
.
Таким образом, мы на примере показали, что Аּ(ВּС) = (АּВ)ּС.
6) дистрибутивность относительно сложения:
(А+В)∙С = АС + ВС, А∙(В + С)=АВ + АС.
7)(А∙В)
=
В
∙А
.
Пример.
=
,
=
,
,
=
.
Тогда АВ=
∙
=![]()
=
=
(А∙В)
=
=
В
∙А
=
∙
=
=
=
.
Таким образом,
(А∙В)
=В
А
.
8) λ(АּВ)
= (λА)ּ
В = Аּ
(λВ),
λ,
R.
Рассмотрим типовые примеры на выполнение действий над матрицами, то есть требуется найти сумму, разность, произведение (если они существуют) двух матриц А и В.
Пример 1.
,
.
Решение.
1)
+
=
=
=
;
2)
–
=
=
=
;
3) произведение
![]()
не существует, так как матрицы А и В
несогласованы, впрочем, не существует
и произведения![]()
по
той же причине.
Пример 2.
=
,
=
.
Решение.
1) суммы матриц, как и их разности, не существует, так как исходные матрицы разного порядка: матрица А имеет порядок 23, а матрица В – порядок 31;
2) так как матрицы А и В согласованны, то произведение матриц АּВ существует:
·
=
·
=
=
,
произведение
матриц ВּА
не существует, так как матрицы
и
несогласованны.
Пример 3.
=
,
=
.
Решение.
1) суммы матриц, как и их разности, не существует, так как исходные матрицы разного порядка: матрица А имеет порядок 32, а матрица В – порядок 23;
2) произведение
как матриц АּВ,
так и ВּА,
существует, так как матрицы согласованны,
но результатом таких произведений будут
матрицы разных порядков:
·
=
,
·
=
.
·
=
·
=
=
=
;
·
=
·
=
=
=
=![]()
в
данном случае АВ ≠ ВА.
Пример 4.
=
,
=
.
Решение.
1)
+
=
=
=
,
2)
–
=
=
=
;
3) произведение как матриц АּВ, так иВּА, существует, так как матрицы согласованны:
·
=
=
·
=
=
;
·
=
=
·
=
=
=
![]()
≠
,
то есть матрицы А и В некоммутирующие.
Пример 5.
=
,
=
.
Решение.
1)
+
=
=
=
,
2)
–
=
=
=
;
3) произведение как матриц АּВ, так и ВּА, существует, так как матрицы согласованны:
·
=
=
·
=
=
;
·
=
=
·
=
=
=
![]()
=![]()
АּВ=ВּА,
т. е. данные матрицы
коммутирующие.
