Первый семестр / Лекции ФЭЛ вечерка МУС К.Ф. / Матрицы и СЛАУ / Матрицы-1
.pdf1
Глава II. Матрицы. Системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ).
§1. Матрицы. Алгебра матриц. Определения 1.
1.Матрицей размерности “mxn” («эм-на-эн») называется упорядоченный набор m∙n элементов, расположенных в “M” строках и “N” столбцах прямоугольной таблицы:
AMXN=[A IK: I=1:M; K=1:N.], a ik - элемент “I” строки и “K” столбца матрицы.
Элементами матрицы могут быть числа, функции, матрицы.
строки | |
1 |
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2 ... |
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k |
... n |
столбцы |
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1 |
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a1 1 |
a1 2 ... |
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a1k |
... |
a1n |
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0 |
0 |
0 |
|||
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a2 2 ... |
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... |
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[oik |
0] нулевая матрица |
02 x 3 |
||||||||||||||||
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2 |
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a2 1 |
|
a2 k |
a2 n |
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0mxn |
0 |
0 |
0 |
|||||||||||||||||||||
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... |
... ... ... |
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... |
|
... ... |
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xn |1xn матрица строка; |
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||||||||||||||
A |
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X 1 xn |
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x1 |
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x2 |
... |
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|||||||||||||||||||||||||
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mxn |
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i |
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ai1 |
ai 2 ... |
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a |
ik |
|
... |
ain |
Ri |
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y1 |
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... |
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... ... ... |
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... |
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... ... |
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матрица столбец |
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m |
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am1 |
am 2 ... |
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amk |
... |
amn |
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Ymx1 |
... |
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Ck |
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ym |
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mx1 |
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RI/CK –I строка / K столбец матрицы |
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2. Квадратная матрица порядка “n” AN=ANXN . |
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aii , i 1 n - диагональные элементы, |
a11 a22 ... ann -главная диагональ матрицы.. |
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0 |
0 |
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1 |
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Dn |
[dii |
i di ,k i 0 ] diag( 1 , 2 ,..., n ) D3 diag(1, 2,3) |
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0 |
2 |
0 |
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|||||||||||||||||||||||||||
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diag(1,1,...,1) - |
единичная матрица |
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0 |
0 |
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0 |
0 |
3 |
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3 |
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1 |
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I |
n |
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0 |
0 |
1 |
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I3= |
0 |
1 |
0 |
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2 |
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3 |
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An [aik aki ] - симметричная матрица |
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2 |
4 |
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5 |
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3 |
5 |
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6 |
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3 |
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a1 1 |
a1 2 |
a1 3 |
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||||
U |
[u : u |
0] |
U |
3 |
0 |
a2 2 |
a2 3 |
||
n |
ik i k ,k |
|
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|
|
0 |
0 |
a3 3 |
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[lik : lik i 0] |
- верхняя (up) и нижняя (law) треугольные матрицы |
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||||
Ln |
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a1 1 |
0 |
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||
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|||||||
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L2 |
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a2 1 |
a2 2 |
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Алгебра матриц.
(1)Умножение на число λ C выполняется «поэлементно»: λ∙A=[ λ∙aik].
(2)Равенство, сложение и вычитание матриц одинаковой размерности - «поэлементно» :
2
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Аmxn = Bmxn aik=bik; Аmxn Bmxn = [aik |
bik]; |
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Аmxn |
λ∙Bmxn = [aik |
λ∙bik]; |
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|||||||||
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2 |
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1 |
0 |
|
2 |
4 |
|
3 |
4 |
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1 |
4 / 3 |
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Пример. |
B |
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1 |
I 2B |
|
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|
3 |
|||||||||
2 x 2 |
|
3 |
4 |
2 |
0 |
1 |
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6 |
8 |
|
6 |
9 |
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2 |
3 |
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A 2B НЕ определено
Свойства операций над матрицами одинаковой размерности:
1)А+В=В+А; 2) (А+В)+С=А+(В+С); 3) А+0=А; 4) А+(-А)=А-А=0; 5) λ∙(А+В)= λ∙А+ λ∙В;
(3)Произведение матриц “A●B”
3.1- определено для матриц «согласованных размерностей»:
число столбцов “n”= количество элементов в строках матрицы A равно числу строк “n” = количеству элементов в столбцах матрицы B:
Amxn BnxP Cmxp
3.2 элементы cik матрицы Cmxp |
вычисляются по правилу «i строка Ri(A) -на- k столбец Ck(B)»: |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
элемент cik равен сумме “n” произведений элементов I-строки матрицы А на |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
соответствующие элементы K- столбца матрицы В: |
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cik " R i ( A) |
Ck ( B)" |
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a |
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b |
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a |
|
b |
|
... a |
|
|
b |
|
|
|
|
j |
n |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
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|
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|
n |
aij b jk |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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i1 |
|
|
1k |
|
|
|
i2 |
|
|
|
2k |
|
|
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|
|
|
|
in |
|
|
|
nk |
|
|
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|||
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|
j 1 |
|
|
|
|||||||
|
|
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|||||||
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Ck ( B) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
b |
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|
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|
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|
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|
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|
|
|
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|
|
|
|
|
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|
|
1k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
Ri ( A) |
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|
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|
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|
|
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|
|
|
b2 k |
|
|
|
|
i |
|
|
|
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|
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|
|
|
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|
||||||||||||||
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|
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||||||||||||||||||
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|
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|
|
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|
|
ai1 ai2 |
|
|
... |
|
ai n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
cik |
|
|
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||||||||||||||||||||||||||||
|
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mxn |
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bn k |
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||||
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|
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|
|
ai1 b1 k ai2 b2 k ... ain bnk |
cik |
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||
Например: |
|
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|
2 |
|
|
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1 1 2 0 |
|
0 2 |
|
2 2 |
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
1) |
|
|
|
|
|
|
|
1 0 |
|
|
|
C |
2x3 |
|
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|
|
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|
1 2 0 |
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1 2 |
|
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2 3 |
|
2 x 2 |
|
|
|
0 1 1 |
|
2x 3 |
|
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2 1 3 0 |
|
0 3 |
|
4 3 |
|
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2 |
|
3 1 |
|
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2) |
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B2 x3 A2x 2 НЕ определено!!! |
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Свойства произведения матриц. |
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|||||||||||||||||||||
Если соответствующие произведения определены, то |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1) |
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случае, A B |
≠ |
B A : |
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2 |
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5 |
6 |
|
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19 |
|
22 |
|
|
|
5 |
|
|
6 |
|
|
1 |
|
2 |
|
|
|
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23 |
34 |
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
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1 |
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2) |
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В общем: ( |
)=( |
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∙= |
∙ ). |
|
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3 |
4 |
|
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|
7 |
8 |
|
|
|
|
43 |
|
50 |
|
|
|
7 |
|
|
8 |
|
3 |
|
4 |
|
|
|
|
31 |
46 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3) |
|
α С α А∙В |
|
αА)∙В А∙(αВ |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
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|
|
|
|
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|||||||||||||||||||||
|
B) |
|
C |
|
A |
|
(B |
|
C) ; |
4 |
) I |
A |
n |
A |
I |
|
|
|
|
|
|
|
(A |
B) |
|
C |
A |
C |
B |
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
(A |
|
|
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A; ) C |
|
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3
(4) Транспонирование матрицы - операция, состоящая в замене строк матрицы ее столбцами
при сохранении их нумерации:
|
|
|
|
|
A [a |
] |
|
AT [at |
a |
] |
|
R ( AT ) : C ( A) C ( AT ) : R ( A), i 1 n; k 1 m . |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ik mxn |
|
|
|
|
|
|
|
|
ik |
|
|
|
|
ki |
nxm |
|
|
|
|
i |
|
|
i |
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
K |
|
|
|
|
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|
|
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|||||||
|
Свойства операции транспонирования: |
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(1) AT T |
A; |
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(2) C : A T |
AT ; |
(3) A B T |
AT |
BT ; |
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(4) A B T BT AT |
|
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(5) AсиммT |
|
A; |
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(6) A AT и AT A симметричные матрицы; |
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Примеры. |
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B13 = -2 |
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|
bt |
|
2 b |
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
||||||||||||||||||
|
|
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|
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|
|
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|
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|
31 |
|
|
|
|
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
3 |
|
|
|
1 0 |
2 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
A |
|
1 |
|
AT |
|
|
; B |
|
|
|
BT |
0 |
|
1 |
|
|
|
; BT AT |
|
2 4 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
3 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
|
|
|
0 |
1 |
1 |
|
|
2 x 3 |
|
|
|
2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
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|
|
|
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|
|
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|
3 x 2 |
|
|
|
|
|
|
3 x 2 |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
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|
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|
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|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
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||||||||||||||||
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|
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||||||||||||||||||
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|
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|
|
|
|
|
|
5 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
0 |
|
|
; A B T |
|
1 |
3 |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
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||||||||||||||||||||||||
|
B BT |
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|
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; BT B |
0 |
|
1 |
1 |
|
; |
A B |
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
2 2 |
|
|
|
|
|
|
3 4 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 x 2 |
|
|
|
|
2 |
|
1 5 |
|
3 x 3 |
|
|
|
|
2 x 3 |
|
0 |
2 |
|
3 x 2 |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
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|
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См. (3.11 Упражнения) Учебного пособия «Линейная алгебра в примерах и задачах». |
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|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
A |
|
1 |
2 |
|
B |
|
|
3 |
|
2 |
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
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|
2 |
3 |
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
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|
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|
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||||||||||||||
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ЭКЗ-1. 1)Вычислить : A2 2 A B B2 |
и ( A B)2 |
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|
2)Найти матрицу X, если |
|
X T 2A BT |
|
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|
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|
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|||||||
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|||||||
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|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
B |
3 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 8 |
|
|
|
|
2 4 |
|
|
|
|
11 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
A B |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
2 3 |
|
|
|
|
|
1 2 |
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 13 |
|
|
|
|
6 |
4 |
|
|
|
|
5 6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
2 |
2 A |
B |
2 |
14 6 |
|
A B |
2 4 |
|
(A |
B) |
2 |
|
16 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
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||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
1 |
|
|
|
|
|
|
3 13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
1 5 |
|
|
X |
|
|
|
|
T |
|
1 6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
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||||||||||||
|
XT B |
2 A |
|
|
|
|
|
|
|
|
XT |
|
|
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|
|
|
|
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|
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||||||||||||||||||
|
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|
|
|
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|
|
|
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|
6 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
4 |
|
|
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||||||||
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