- •Березкина, л.Л. Линейная алгебра
- •28 Сентября 2006 г., протокол №2
- •Предисловие
- •Оглавление
- •Глава 1. Матрицы и определители
- •Глава 4. Линейные операторы
- •Глава 5. Билинейные и квадратичные формы
- •Глава 6. Евклидовы пространства
- •Глава 7. Линейные операторы в евклидовом пространстве
- •Сложение матриц
- •Умножение матрицы на число
- •§ 2. Умножение матриц
- •Примеры
- •Свойства произведения матриц
- •§ 3. Степени квадратной матрицы
- •§ 4. Транспонирование матриц
- •§ 5. Блочные матрицы
- •§ 6. Определители Определение определителя квадратной матрицы
- •Основные леммы об определителях
- •Основные свойства определителей
- •§ 7. Выражение определителя через элементы матрицы Перестановкой множества
- •§ 8. Обратная матрица
- •Свойства обратных матриц
§ 4. Транспонирование матриц
Определение.
Матрица
называется транспонированной
к матрице
,
если
.
Таким образом, из определения видим, что при транспонировании матрицы строки становятся столбцами и наоборот. Например, если
,
то
.
Кроме обозначения
AT
для матрицы, транспонированной к А,
используют еще и следующие:
.
Свойства операции транспонирования
1°.
.
2°.
.
3°.
.
4°.
.
Первые три свойства
практически очевидны. Докажем четвертое,
которое формулируется так: если определено
произведение матриц АВ,
то определено и произведение
,
причем
.
(1.7)
►Пусть
.
Так как определено произведение АВ,
то В
имеет размеры
,
,
,
а значит, определено произведение
.
Обозначим
,
тогда
.
Как видим, матрицы
и
из левой и правой частей равенства (1.7)
имеют одинаковые размеры, и для
доказательства их равенства остается
доказать равенство соответствующих
элементов.
,
(1.8)
.
(1.9)
Сравнивая (1.8) и
(1.9), видим, что
.◄
§ 5. Блочные матрицы
Иногда по разным причинам матрицу удобно разбить на блоки. Полученная матрица, элементами которой являются опять же матрицы, называется блочной. Например, матрица В разбита на 4 блока, а матрица С – на 6:
,
.
Заметим, что если
− блочная
матрица, то все её элементы −
матрицы
− при
фиксированном i
имеют одинаковое число строк, а при
фиксированном j
− одинаковое
число столбцов.
Если матрицы имеют одинаковые размеры и разбиты на блоки одинаковым образом, то их можно складывать по тому же принципу, что и обычные. Обычным образом блочные матрицы умножаются и на число.
Умножаются блочные
матрицы формально также как обычные.
Пусть
.
Тогда
.
При этом необходимо,
чтобы существовали все произведения
.
Например, запишем по такому правилу
произведение приведенных блочных матриц
В
и С:
.
Убедимся в том,
что в действительности
.
Посчитаем для проверки элемент
.
Чтобы его найти, следует сложить элементы
матриц
и
,
расположенные в первой строке и первом
столбце. Итак,
,
что действительно
совпадает с соответствующим элементом
матрицы
.
Аналогично проверяется равенство
остальных элементов.
Для блочных матриц легко задается и операция транспонирования. Например,
,
т. е. блочная матрица транспонируется так же, как и обычная, только все её элементы также заменяются на транспонированные.
Блочную матрицу
будем называть блочно-диагональной,
если при
матрицы
являются квадратными, их главные
диагонали расположены на главной
диагонали матрицы В, а при
.
В этом случае нет необходимости нумеровать
диагональные блоки двумя индексами,
достаточно одного. Блочно-диагональную
матрицу с блоками
на главной диагонали будем обозначать
так:
.
§ 6. Определители Определение определителя квадратной матрицы
Каждой квадратной
матрице поставим в соответствие число,
которое назовем ее определителем
или детерминантом
и будем обозначать
,
следующим образом:
а) если
,
то
(определитель матрицы, состоящей из
одного элемента, равен этому элементу);
б) если
,
то
;
в) если известно,
как найти определитель матрицы
-го
порядка, то определитель матрицы
-го
порядка задается так:
(1.10)
где
− определитель матрицы
-го
порядка, полученной из исходной
вычеркиванием первой строки и
-го
столбца.
Определитель квадратной матрицы n-го порядка будем просто называть определителем n-го порядка.
В развернутом виде определитель n-го порядка записывается как таблица, ограниченная с обеих сторон вертикальными чертами (по одной с каждой стороны):
Приведенное выше определение является определением по индукции или определением с помощью разложения по первой строке.
Пусть А – некоторая матрица, не обязательно квадратная. Выделим в ней k строк и k столбцов. Элементы, расположенные на пересечениях выделенных строк и столбцов, образуют определитель k-гo порядка, который называется минором k-гo порядка матрицы А (или определителя) и обозначается
,
(1.11)
где
– номера выделенных строк,
– номера выделенных столбцов.
Если А
– квадратная матрица n-го
порядка (или определитель), то элементы,
оставшиеся после вычеркивания выделенных
строк и столбцов, также образуют
определитель порядка n
– k.
Его называют минором,
дополнительным
к минору (1.11),
и обозначают
.
Алгебраическим
дополнением к
минору (1.11)
называется число
.
Очевидно, алгебраическое дополнение к некоторому минору от дополнительного минора может отличаться разве что знаком. Например, если
,
то
Каждый элемент матрицы А (или определителя) является ее минором первого порядка, и поэтому для него определяется как дополнительный минор, так и алгебраическое дополнение. В алгебраическом дополнении к одному элементу оба индекса станем писать снизу, считая, как обычно, первый индекс номером вычеркиваемой строки, а второй – столбца.
Используя введенные обозначения, равенство (1.10) можно записать так:
Таким образом, согласно определению, определитель равен сумме произведений элементов первой строки на их алгебраические дополнения.
