Матрицы и операции над ними Определение. Матрицей

Вид материала

Документы

Содержание E, называется единичной матрицей. Определение. Если a Сумма (разность) матриц. Суммой (разностью) Умножение матрицы на число. Произведение двух матриц. Ае = еа = а А(в + с) = ав + ас Обратная матрица

Подобный материал:

• Матрицы, определители, системы линейных уравнений определение матрицы. Виды матриц, 254.1kb.
• Вопросы к экзамену по «Высшей математике» для студентов специальности, 35.79kb.
• Программа курса математики, 16.23kb.
• Теоретический материал дисциплинарного экзамена (бакалавры), 215.88kb.
• A. Для простоты считаем ее самосопряженной невырожденной матрицей, среди собственных, 54.3kb.
• Алгоритмизация и программирование Определение алгоритма, 252.68kb.
• Вопросы к экзамену по дисциплине «Высшая математика», 150.21kb.
• Экзаменационные вопросы по курсу "Линейная алгебра", 22.34kb.
• Вопросы к зачету по ено фк: математика для студентов 111 – 116 групп, 19.15kb.
• Тематико-календарный план лекций по дисциплине „ Высшая математика Ікурс, 263.63kb.

Матрицы и операции над ними

Определение. Матрицей размера mn, где m- число строк, n- число столбцов, называется таблица чисел, расположенных в определенном порядке. Эти числа называются элементами матрицы. Место каждого элемента однозначно определяется номером строки и столбца, на пересечении которых он находится. Элементы матрицы обозначаются a_ij, где i- номер строки, а j- номер столбца.

А =

Матрица может состоять как из одной строки, так и из одного столбца. Вообще говоря, матрица может состоять даже из одного элемента.

Определение. Если число столбцов матрицы равно числу строк (m=n), то матрица называется квадратной.

Определение. Матрица вида:

= E,

называется единичной матрицей.

Определение. Если a_mn = a_nm , то матрица называется симметрической.

Пример: - симметрическая матрица

Определение. Квадратная матрица вида называется диагональной матрицей.


Основные действия над матрицами

Сумма (разность) матриц.

Сложение и вычитание матриц сводится к соответствующим операциям над их элементами. Самым главным свойством этих операций является то, что они определены только для матриц одинакового размера.

Суммой (разностью) матриц является матрица, элементами которой являются соответственно сумма (разность) элементов исходных матриц.

c_ij = a_ij  b_ij

Обозначение: С = А + В = В + А.

Умножение матрицы на число.

Операция умножения матрицы любого размера на произвольное число сводится к умножению каждого элемента матрицы на это число.




Свойства: (АВ) =А  В

А() = А  А

Пример: Даны матрицы А = ; B = , найти 2А + В.

2А = , 2А + В = .


Произведение двух матриц.

Замечание: Операция умножения матриц определена только для матриц, число столбцов первой из которых равно числу строк второй. В противном случае произведение матриц не определено.

Произведением матриц называется матрица, элементы которой могут быть вычислены по следующим формулам:




Обозначение: AB = C;

Из приведенного определения видно, что каждый элемент матрицы С равен алгебраической сумме произведений элементов i – той строки матрицы А на соответствующие элементы j – го столбца матрицы В.

Отсюда правило:




Свойства:

1) Умножение матриц не коммутативно, т.е. АВ  ВА даже если определены оба произведения. Однако, если для каких – либо матриц соотношение АВ=ВА выполняется, то такие матрицы называются перестановочными.

Самым характерным примером может служить единичная матрица, которая является перестановочной с любой другой матрицей того же размера.

Перестановочными могут быть только квадратные матрицы одного и того же порядка.

АЕ = ЕА = А

2) Операция перемножения матриц ассоциативна, т.е. если определены произведения АВ и (АВ)С, то определены ВС и А(ВС), и выполняется равенство:

(АВ)С=А(ВС).

3) Операция умножения матриц дистрибутивна по отношению к сложению, т.е. если имеют смысл выражения А(В+С) и (А+В)С, то соответственно:

А(В + С) = АВ + АС

(А + В)С = АС + ВС.

4) Если произведение АВ определено, то для любого числа  верно соотношение:

(AB) = (A)B = A(B).


Транспонирование матриц

Определение. Матрицу А^Т называют транспонированной матрицей А, если элементы каждой строки матрицы А записать в том же порядке в столбцы матрицы А^Т.(т.е. строки матрицы А заменены на столбцы и наоборот)

А = ; А^Т=;

Пример: Даны матрицы А = , В = , С = и число  = 2. Найти А^ТВ+С.

A^T = ; A^TB =  = = ;

C = ; А^ТВ+С = + = .

Пример: Даны матрицы А = и В = . Найти произведение матриц АВ и ВА.

АВ =  = .

ВА =  = (21 + 44 + 13) = (2 + 16 + 3) = (21).

Пример: Найти произведение матриц А=, В =

АВ = = = .

Определение. Элементарными преобразованиями матрицы назовем следующие преобразования:

1) умножение строки на число, отличное от нуля;

2) прибавление к элементам одной строки элементов другой строки;

3) перестановка строк;

4) вычеркивание (удаление) одной из одинаковых строк (столбцов);

5) транспонирование


Обратная матрица

Определение: Матрица называется обратной по отношению к квадратной матрице , если

.

Обратная матрица существует только для квадратной матрицы, определитель которой не равен нулю. Такая матрица называется невырожденной.

Рассмотрим общий подход к нахождению обратной матрицы.

Рассмотрим на примере, как найти обратную матрицу .

Пусть

1)Найти определитель матрицы

.

Так как , то обратная матрица существует.

2) Сформировать матрицу из алгебраических дополнений каждого элемента матрицы.


если - четное число,


если - нечетное число.




3) Транспонируем матрицу из алгебраических дополнений.

.


4) Обратная матрица определяется формулой

,


.

Укажем следующие свойства обратных матриц:

1. (A^-1)^-1 = A;
   
2. (AB)^-1 = B^-1A^-1
   
3. (A^T)^-1 = (A^-1)^T.