praktice algem
.pdfпричем tgϕ = |
y |
, cosϕ = |
|
x |
, sinϕ = |
|
y |
|
. |
|
|
|
|
|
|
||||
|
x |
x2 + y2 |
|
|
x2 + y2 |
|
|
Тригонометрическая форма комплексного числа
z = z (cosϕ + i sinϕ ).
Показательная форма комплексного числа
z = z eiϕ .
Комплексное число z = x − i y - сопряженное комплексному числу z = x + i y . Операции над комплексными числами в алгебраической форме практически совпадают с операциями над линейными многочленами с учетом равенства
i 2 = −1.
Формула Муавра
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
zn = rn (cos nϕ + isin nϕ ), n . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
Корни |
степени |
|
|
n |
|
|
из |
комплексного |
числа |
|
z = r (cosϕ + isinϕ) |
– |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
вычисляются по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ϕ + 2π k |
|
|
|
|
|
|
|
ϕ + 2π k |
|
, где k { ,1,...,n −1}. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ωk |
= n |
z |
|
|
cos |
|
|
|
|
|
|
+ i |
sin |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Пример 1. Доказать равенство z |
|
= |
|
z |
|
2 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
Решение. Пусть комплексное число z = x + i y . Тогда |
|
= x − i y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
z |
|
= (x + i y) (x − i y) = x2 − i xy + i yx − (i y)2 = x2 −i2 y2 = x2 + y2 = |
|
|
z |
|
2 . |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Пример |
2. |
|
Представить |
|
число z |
в алгебраической форме, |
|
изобразить на |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1− i |
3 |
|||||
комплексной плоскости. Найти его модуль и аргумент: 1) |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
; |
2) |
|
|
|
|
. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
− i |
|
1+ i |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1+ 4i |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
1) |
|
1 |
+ |
1 |
= |
|
|
1 |
|
1− 4 i + |
|
|
1 |
|
4 + i |
= |
1− 4i + |
4 + i |
|
= 1− 4i + 4 + i |
= |
5 − 3i |
= |
|
5 |
− |
|
3 |
i . |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
4 − i |
|
|
|
|
|
|
4 + i |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 |
+ 4i |
|
1+ 4i |
1− 4i |
4 − i |
|
|
1+16 16 +1 |
17 |
|
|
17 |
|
|
|
|
|
17 17 |
|
|
|
Число z получили в алгебраической форме. Изобразим его на комплексной плоскости (рис.51). Найдем модуль и аргумент комплексного числа:
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
5 |
|
|
3 |
|
|
34 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
z |
|
|
= |
|
|
|
|
+ − |
|
|
|
|
= |
|
|
, arg z = arctg − |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
17 |
|
|
17 |
17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
2) |
|
1−i 3 |
|
1−i |
|
1−i |
3 |
|
1− 2 i + i |
2 3 |
|
|
1− 2 i + i |
2 3 |
|
3 |
= i . |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= (−i) |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1+ i 1−i |
|
1+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
1+ i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Из чертежа (рис.52) видно, что |
|
z |
|
|
=1, arg z = |
π . |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример 3. Решить систему линейных уравнений |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3−i)z + |
(4+ 2i)z |
2 |
=1+ 3i, |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4+ 2i)z |
−(2+ 3i)z |
2 |
= 7. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. |
|
|
Определитель системы |
|
= |
|
3 − i |
4 + 2i |
|
= |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
4 + 2i |
− (2 + 3i) |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= (3− i)(−(2 + 3i)) − (4 + 2i)(4 + 2i) = −6 − 9i + 2i + 3i2 −16 −16i − (2i)2 =
41
Рис. 51
Рис. 52
= −21− 23i ≠ 0 . Поэтому система имеет единственное решение, которое найдем методом Крамера. Вычислим определители:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 = |
|
1+ 3i |
4 + 2i |
= −21 |
− 23i , |
2 = |
|
3− i |
1+ 3i |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
−( |
2 + 3i) |
|
4 + 2i |
7 |
|||||||||
Тогда z = |
1 = −21− 23i |
=1, |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
−21− 23i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
z2 |
= |
2 = |
|
|
−23− 21i |
= |
i(−23i − 21) |
= i . |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−21− 23i |
|
|
−21− 23i |
|
|
|
|
|
|
||||||
Пример 4. Изобразить на комплексной плоскости |
|||||||||||||||||||||||||
множество всех точек, удовлетворяющих условиям: |
|
||||||||||||||||||||||||
1) 0 ≤ Im z ≤ 3 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
2) |
|
z − z0 |
|
≤ R, где z0 C, R R- заданные числа ; |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
3) |
|
z − i |
|
= |
|
z + 2 |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
1). |
|
|
Так |
как |
Im z = y , |
то |
заданное |
неравенство |
|||||||||||||||||
принимает |
|
|
вид: |
0 ≤ y ≤ 3, x R , |
и |
определяет |
горизонтальную полосу (рис.53). 2). Пусть z = x + iy , z0 = x0 + iy0 . Тогда
z − z0 = (x − x0 )+ i(y − y0 ), z − z0 = (x − x0 )2 + (y − y0 )2 . Условие z − z0 ≤ R может быть записано в виде
(x − x0 )2 + (y − y0 )2 ≤ R2 .
= −23− 21i .
Рис. 53
Рис. 54
Это соотношение определяет круг с центром в точке (x0 ; y0 ) радиуса R (рис.54).
3). Равенству |
|
z −i |
|
|
= |
|
z + 2 |
|
удовлетворяют все точки z комплексной плоскости, |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
равноудаленные от точек z1 |
= i |
и |
z2 = −2, Эти |
точки образуют серединный |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
перпендикуляр отрезка с концами z1 и z2 |
|
(рис.55). |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Пример 5. Найти корни уравнений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1)ω4 = −1+ i , 2)ω2 = 3+ 4i . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Решение. 1). Комплексное число |
z = −1+ i |
представим |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
в тригонометрической форме. Для этого найдем его |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
модуль и аргумент: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
3π |
|
||||
|
|
|
|
|
|
(−1) |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
+12 = 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
z |
= |
|
|
|
|
|
|
, sinϕ |
= |
|
|
|
, cosϕ |
= − |
|
|
|
|
ϕ = |
|
. |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3π |
|
|
|
3π |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Тригонометрическая форма: z = |
2 cos |
|
|
|
+ isin |
|
. |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
4 |
|
4 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Корни четвертой степени из z |
(рис.56): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
ωk |
= |
|
|
|
|
|
3π / 4 + 2π k |
+ isin |
3π / 4 + 2π k |
|
|
k {0,1,2,3} |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
8 2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
cos |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
4 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ω |
|
= |
8 |
|
cos 3π + isin |
3π , ω = 8 |
|
cos11π + isin 11π , |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
0 |
2 |
2 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
42
Рис. 56
ω |
|
= 8 |
|
cos19π |
+ isin 19π , |
ω |
= 8 |
|
cos 27π + isin 27π . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
2 |
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
16 |
|
3 |
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
2). Представим комплексное число z = 3 + 4i |
в виде полного квадрата: |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
3+ 4i = (4 −1) + 2 2 i = 22 + 2 2 i + i2 = (2 + i)2 = (−(2 + i))2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Тогда уравнению ω2 = 3+ 4i |
удовлетворяют два комплексных числа ω1 = 2 + i , |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
ω2 |
= −2 − i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Примеры для самостоятельного решения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
3. Выполнить |
указанные |
|
|
операции. |
|
Результат |
представить |
в |
|||||||||||||||||||||||||||
тригонометрической и алгебраической формах. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
1) |
(1+ i) (3+ i) − |
(1− i) (3− i) ; 2) |
i 5 + 2 |
; 3) (2i −i 2 )2 + (1−3i)2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
3− i |
|
3+ i |
|
|
|
i19 +1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: 1) |
14 |
|
i ; 2) |
1 |
+ |
|
3 |
i ; 3)−11− 2i . |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
4. Доказать равенства а) z + |
|
= 2Re z ; |
б) z − |
|
|
= 2i Im z ; в) |
( |
|
)= z ; г) |
|
= |
|
z |
|
; |
|
|||||||||||||||||||
z |
z |
z |
z |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
д) z1 + z2 = z1 + z2 ; е) z1z2 = z1 z2 ; ж) z1 / z2 = z1 / z2 .
Указание. Представить комплексное число в алгебраической форме и воспользоваться равенством z = x − i y .
43
5. Решить системы линейных уравнений:
|
(2 +i) z + (2−i) z |
2 |
= 6, |
|
iz + z |
2 |
= i, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
1) |
|
1 |
|
|
|
2) |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
+ 2i)z +(3− 2i)z |
|
= 8; |
i +1 z − |
( |
i −1 z |
2 |
= |
( |
i +1 . |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
(3 |
2 |
|
( |
) |
|
1 |
|
|
) |
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: 1) |
z |
|
= 2+i, z |
2 |
= 2−i ; 2) z =1+ic, z =c, c R. |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
2 |
||||
6. Изобразить |
на |
|
комплексной плоскости множество всех точек, |
|||||||||||||||||||||||||||
удовлетворяющих условию: 1) |
|
Re z |
|
≤ 5; 2) |
|
z +1 |
|
= 2 ; 3) |
|
z |
|
≥1− Re z . |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: 1) полоса − 5 ≤ x ≤ 5; 2) окружность, центр(−1;0), R = 2 ; 3) y2 ≥1− 2x . 7. Найти корни из комплексных чисел и изобразить их на комплексной плоскости: а) 5− 9 ; б) 3 2 3 + 2i .
4. Матрицы и определители
4.1. Действия с матрицами
Пример 1. Вычислить произведения матриц:
|
|
|
|
|
|
3 |
|
−2 3 4 |
|
|
1 |
|
−3 |
|
2 2 |
5 |
6 |
|||||||||||
|
|
|
1) |
|
, 2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
−4 |
|
2 5 |
|
|
3 |
|
−4 |
|
1 |
|
1 |
2 5 |
. |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
2 |
|
−5 |
|
3 |
|
1 |
3 2 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Решение. 1). Пусть строки матрицы |
A = |
3 |
− 2 |
|
есть A , A , а столбцы матрицы |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
− 4 |
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3 |
4 |
есть B , B |
|
. Тогда по определению произведения матриц |
||||||||||||||||||||||||
B = |
|
2 |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A B |
|
|
A B |
|
|
|
33+ |
( |
−2 |
) |
2 |
|
3 4 + |
( |
−2 |
) |
5 |
= (5 2) . |
|||||||
|
|
A B = |
|
|
1 |
|
1 |
|
1 |
2 |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
A2 B1 |
|
A2 B2 |
|
|
53+ (−4) 2 |
|
5 4 + ( |
−4)5 |
7 0 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 − 3 2 |
|
|
2 5 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
2). Аналогично, если |
|
A = |
|
3 |
− 4 |
1 |
|
, |
B = |
|
1 |
2 |
5 |
|
, то |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 − 5 3 |
|
|
|
|
1 3 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A1B1 AB = A2B1
A3B1
A1B2 A2B2 A3B2
A1B3 |
|
2−3+ 2 |
5−6+ 6 6−15+ 4 |
|
1 |
5 |
−5 |
|||
A |
2 |
B |
3 |
|
= 6− 4+1 |
15−8+3 18− 20 + 2 = 3 |
10 |
0 . |
||
|
B |
|
|
10−10+9 12− 25+ 6 |
|
|
9 |
|
||
A |
3 |
|
4−5+3 |
|
2 |
−7 |
||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример 2. Вычислить (32 |
−2−1)n . |
−2) |
|
= (3 |
−2)( |
3 −2)= (6 −6 |
−3+ 4)= (0 |
1). |
|||||||||||||||||||
Решение. Вычислим сначала (3 |
2 |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
−1 |
2 |
−1 |
2 |
−1 |
4 −3 |
−2 + |
2 |
|
1 0 |
|||
|
( |
|
|
) |
3 |
( |
|
)( |
|
|
) |
( |
|
|
) |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
||
Тогда |
|
|
2 |
−1 |
|
|
|
1 |
0 |
2 |
−1 |
|
|
2 |
−1 |
|
2 |
−1 |
|
2 |
−1 2 |
−1 |
1 |
0 |
|||
|
|
|
= |
|
|
= |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
= |
|
|
= |
|
|
. |
||||||||||||
|
|
|
3 −2 |
|
|
|
|
0 1 3 −2 |
|
|
3 −2 |
|
3 |
− 2 |
|
3 |
− 2 3 |
− 2 |
|
0 |
1 |
|
|||||
Таким образом, если n = 2k |
(четное), то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
2 −1 |
|
n |
2 |
|
−1 |
|
2k |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
(3 −2) |
|
= (3 −2) |
|
|
= (0 1). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Если n = 2k +1 (нечетное), то (32 |
|
−−21)n = (32 |
−−21)2k+1 |
= (32 |
−−21) . |
|
|
|
|
|
44
Пример 3. Найти матрицу D = AB + BTC , если
|
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
, |
0 |
3 |
2 −1 |
, |
1 |
−1 1 |
0 |
|||
|
|
|
|
B = |
|
|
|
|
С = |
|
|
. |
||
A = |
−1 1 |
|
|
|
1 |
0 |
−1 0 |
|
|
|
−1 |
1 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−1 |
|||||||
|
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. |
|
Число |
сток матрицы A равно числу столбцов матрицы B , |
||||||||||||||||||||
следовательно, |
|
произведение |
|
AB |
|
существует. |
|
|
Вычислим |
его. |
|||||||||||||
|
1 |
0 |
|
|
|
|
|
0 |
3 |
2 |
−1 |
|
|
|
0 |
1 |
|
|
|||||
|
1 |
1 |
0 |
3 |
2 |
−1 |
1 |
3 |
1 |
−1 |
. Запишем B |
T |
|
3 |
0 |
|
. Число строк |
||||||
AB = |
|
−1 |
1 |
|
(1 |
0 |
−1 |
0 )= |
|
1 |
−3 |
−3 |
1 |
|
|
= |
|
2 |
−1 |
||||
|
|
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
3 6 |
1 |
−2 |
|
|
|
|
|
−1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
матрицы BT |
равно числу столбцов матрицы C , поэтому произведение BTС |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
0 )= |
−1 |
1 |
|
|
|
1 |
|
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
существует и BTС = 3 |
0 ( |
|
1 |
|
−1 |
1 |
3 |
−3 |
|
|
3 |
|
0 . |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
−1 |
−1 1 |
1 −1 |
|
|
3 |
−3 1 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
−1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−1 |
1 |
|
|
−1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Матрицы AB и BTС одного размера, следовательно, их можно сложить |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
0 |
3 |
|
2 −1 |
|
−1 1 1 |
−1 |
|
|
−1 4 |
3 |
−2 |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
T |
|
1 |
3 |
|
1 |
|
|
−1 |
3 |
−3 |
|
3 |
0 |
|
|
4 |
0 |
4 |
−1 |
|
|
||||||||||||
AB + B |
|
C = |
1 |
−3 −3 1 |
+ |
|
3 −3 1 |
1 |
|
= |
|
4 −6 −2 |
|
2 |
. |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
3 |
6 |
|
1 −2 |
|
|
|
|
|
|
−1 |
0 |
|
|
|
|
2 7 |
0 |
−2 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
−1 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
Пример 4. Найти значение многочлена f (x) = 2x2 − x + 3 |
от матрицы |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
= |
|
− 1 |
|
1 |
|
0 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
4 |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Решение. Запишем многочлен от матрицы |
f (A) = 2A2 − A+ 3E , |
E - единичная |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
матрица размера 3. Вычислим A2 = A A = |
1 0 |
2 1 |
|
|
0 2 |
7 |
|
8 12 |
||||||||||||||||||||||||||||
|
−1 |
|
1 |
0 |
−1 |
|
1 |
0 |
= |
|
−2 |
|
1 |
−2 |
. |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 4 |
|
3 |
|
|
4 5 |
|
|
14 |
|
24 31 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Запишем f (A) |
|
|
7 |
|
8 12 |
|
1 |
0 2 |
|
1 |
0 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
= 2 |
−2 |
1 |
|
−2 − |
−1 |
1 |
0 |
|
+ 30 |
1 |
0 |
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
14 |
24 31 |
|
|
3 |
4 5 |
|
|
|
0 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
14 16 |
24 |
−1 0 |
|
− 2 |
3 |
0 0 |
|
16 16 |
|
22 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
= |
− 4 2 |
|
− 4 |
|
+ |
1 |
|
|
−1 0 |
+ |
|
0 |
3 0 |
|
= |
|
− 3 4 |
|
− |
4 |
. |
|
|
|
|||||||||||
|
|
28 48 |
62 |
|
|
− 3 − 4 |
|
|
|
0 |
0 3 |
|
|
|
25 44 60 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
− 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
Пример 5. Найти все матрицы, перестановочные с матрицей A = |
|
|
|
. |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Решение. Матрицы A и B называются перестановочными, если AB = BA. Пусть |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
матрица B = |
α |
|
|
β |
. Найдем произведения AB и BA . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
γ |
|
|
δ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AB = (13 42) (αγ δβ )= (3αα++24γγ 3ββ++24δδ ); |
|
BA = (αγ δβ )(13 42)= (αγ ++ 33δβ 22αγ ++ 44δβ ) . |
Матрицы равны, если равны их соответствующие элементы. Получим систему с неизвестными α, β ,δ ,γ .
45
α + 2γ = α + 3β |
|
2γ = 3β |
|
|
|
β + 2δ = 2α + 4β |
|
2δ = 2α + 3β |
|||
3α + 4γ = γ + 3δ |
|
3δ = 3α |
+ 3γ |
|
|
|
|
|
|||
|
|
3β = 2γ |
|
||
3β + 4δ = 2γ + 4δ |
|
|
|
Так как последнее уравнение совпадает с первым, а второе будет пропорционально третьему, если 3β заменить на 2γ , то получим равносильную
систему: δ2γ==α3+βγ, .} Имеем два уравнения с четырьмя неизвестными. Выбрав два неизвестных (например α ,γ ) за параметры, выразим оставшиеся (β,δ ) через
|
|
|
|
2 |
|
|
||
них. Получим: β = |
2 |
γ , δ = α + γ и матрица B = |
α |
|
|
γ |
. |
|
3 |
||||||||
3 |
|
|||||||
|
|
γ |
α + γ |
|||||
|
|
|
Примеры для самостоятельного решения
1. Вычислить произведение матриц:
|
2 −3 |
|
|
9 |
|
−6 |
|
|
1 |
3 0 3 |
2 |
1 |
|
0 |
0 |
|
6 −1 |
||||||||||
1) |
|
|
; 2) |
|
2 |
1 |
0 |
|
1 |
−1 |
1 |
. |
Ответ: 1) |
; 2) |
|
7 3 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
−6 |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|||||
|
4 |
|
|
−4 |
|
|
|
0 |
−4 |
2 |
|
2 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
0 6 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Пусть |
|
|
|
|
|
|
|
|
. Показать, что An = 2n−1 A. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
A = |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Указание. Вычислить A2 , применить метод математической индукции. 3. Справедливо ли равенство (A+ B)2 = A2 + 2AB + B2 ,
4
3 . − 4
|
4 |
1 |
0 |
|
|
2 |
2 |
1 |
|
|
|
||
если |
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
? |
Ответ: нет. |
A = |
1 |
1 |
1 |
|
B = |
1 |
0 |
1 |
|
||||
|
|
0 |
1 |
0 |
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−1 |
|
|
4. Показать, что матрица |
1 |
2 |
|
есть корень многочлена f (x) = x2 − 4x + 3 . |
|
A = |
|
|
|
||
|
|
0 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
0 |
|
|
|
5. Найти общий вид матрицы |
B третьего порядка, для которой |
|
0 |
0 |
1 |
|
B = Ο . |
|
|
||||||
|
|
|
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
α |
β |
γ |
|
||
|
|
|
|
|
, α, β ,γ - произвольные числа. |
Ответ: B = |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.2. Определители |
|
|
Пример |
1. Доказать, |
|
что при действительных a,b,c корни уравнения |
|||||||
|
a − x |
b |
|
= 0 действительны. |
|
|
||||
|
|
|
|
|||||||
|
b |
c − x |
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. Вычислим определитель |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
a − x |
b |
|
= (a − x)(c − x)−b2 |
= x2 −(a + c)x −b2 |
+ ac . |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
b c − x |
|
|
|
46
Получим квадратное уравнение x2 − (a + c)x − b2 + ac = 0 . Корни этого уравнения действительны, если дискриминант неотрицателен. Вычислим дискриминант:
D = (a + c)2 + 4b2 + 4ac = a2 + 2ac + c2 + 4b2−4ac = a2 − 2ac + c2 + 4b 2= (a − c)2 + 4b2 ≥ 0
при любых действительных a,b,c .
Пример 2. Вычислить определитель |
2 |
|
0 |
|
5 |
по определению и используя |
|||||||||||||||||
1 |
|
|
3 |
|
16 |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
−1 |
10 |
|
|
свойства определителей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Решение. а). По определению |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
2 |
0 |
5 |
|
= 2 |
|
3 |
16 |
|
− 0 |
|
1 |
16 |
|
+ 5 |
|
1 |
3 |
|
= 2 (30 +16)+ 5(−1) = 92 − 5 = 87 . |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
1 |
3 |
16 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
0 |
−1 |
10 |
|
|
|
−1 |
10 |
|
|
|
0 |
10 |
|
|
|
|
0 |
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б). Используя свойства: если вторую строку умножить на (− 2) и добавить к первой, определитель не изменит своего значения. Получим
2 |
0 |
5 |
|
= |
|
0 |
−6 |
−27 |
|
= . |
|
|
|
||||||||
1 |
3 |
16 |
|
|
1 |
3 |
16 |
|
||
0 |
−1 |
10 |
|
|
|
0 |
−1 |
10 |
|
|
Раскроем определитель по элементам первого столбца (теорема разложения).
Тогда |
= (−1)2+1 |
−6 |
−27 |
= −1 (−60 − 27) = 87 . |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
−1 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример 3. Вычислить определители |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
|
3 |
−5 |
−2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
1) |
|
|
1 |
0 |
1 |
1 |
, 2) |
−4 7 4 |
4 |
|
. |
||
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
|
4 |
−9 |
−3 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
1 |
0 |
|
2 |
−6 |
−3 |
2 |
|
|
Решение. Известно, что определитель, содержащий ниже (выше) главной диагонали нули, равен произведению элементов, стоящих на главной диагонали. Используя свойства определителей, приведем данные определители к виду, когда ниже главной диагонали стоят нули.
|
0 |
1 |
1 |
1 |
|
3 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
1) |
1 |
0 |
1 |
1 |
= |
3 |
0 |
1 |
1 |
= 3 |
1 |
0 |
1 |
1 |
= 3 |
0 |
−1 0 |
0 |
= −3 . |
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
|
3 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
0 |
−1 0 |
|
|
|
1 |
1 |
1 |
0 |
|
3 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
−1 |
|
Первоначально к первому столбцу добавили все остальные, затем из первого столбца вынесли общий множитель 3, и, наконец, последовательно вычли первую строку из всех остальных.
|
3 |
−5 |
−2 |
2 |
|
−1 2 |
2 |
6 |
|
−1 2 2 |
6 |
|
−1 |
2 |
2 |
6 |
|
|||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
0 |
−1 −4 |
−20 |
|
|||||||||||||
2) |
−4 7 |
4 4 |
= |
−4 7 |
4 |
4 |
= |
0 |
−1 −4 −20 |
= |
= 27. |
|||||||||
|
4 |
−9 |
−3 |
7 |
|
0 |
−2 |
1 |
11 |
|
0 |
−2 |
1 |
11 |
|
0 |
0 |
9 |
31 |
|
|
2 |
−6 |
−3 |
2 |
|
2 |
−6 |
−3 2 |
|
0 |
−2 |
1 |
14 |
|
0 |
0 |
0 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Первоначально вторую строку добавили к первой и третьей; затем первую строку сначала умножили на (-4) и добавили ко второй, потом на 2 и добавили к четвертой, и, наконец, второю строку умножили на (-2) и добавили к третьей, а третью вычли из четвертой.
47
Примеры для самостоятельного решения |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
1. Решить неравенство |
|
x |
3x |
|
<14. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: x (−1;7). |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
4 |
2x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
x |
− 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
2. Решить уравнение. |
2 |
−1 |
|
3 |
|
= 0. |
|
|
|
|
|
|
Ответ: x = −10; x = 2 . |
|||||||||
|
x +10 |
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
0 −1 0 |
|
|
|
3 − 3 − 5 8 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
3. Вычислить определители: 1) |
3 |
|
|
− 2 |
0 |
4 |
|
; |
2) |
− 3 |
2 |
4 |
− 6 |
|
. |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
2 |
− 5 |
− 7 |
5 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
− 6 6 −1 −11 |
|
|
|
− 4 3 |
5 − 6 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: 1) 5; |
2) 18. |
|||||
|
|
4.3. Обратная матрица |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
Пример 1. Выяснить, существует ли обратная матрица для матрицы A = |
|
. |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Если обратная матрица существует, найти её.
Решение. Матрица обратима, если её определитель не равен нулю. Вычислим
det A = |
1 |
2 |
= 14 − 2 3 = −2 ≠ 0 A−1 - существует. |
|
3 |
4 |
|
Найдем матрицу из алгебраических дополнений:
A11 = (−1)1+1 4 = 4, A12 = (−1)1+2 3 = −3 , A21 = −2 , A21 =1.
|
A−1 |
|
1 |
|
|
A |
Известно, что |
= |
|
|
|
11 |
|
det |
|
A21 |
||||
|
|
|
A |
A |
T |
1 |
T |
−2 |
1 |
|
||||
12 |
|
A−1 = |
|
(4 −3) |
= 3 |
|
1 . |
|||
|
|
|
||||||||
A22 |
|
−2 |
−2 1 |
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
2 |
||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
Как |
проверить |
результат? |
По определению |
обратной |
матрицы A−1 A = E и |
||||||||||||||||||
A A−1 = E . Проверим эти равенства: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
−1 |
|
|
−2 |
1 |
1 |
2 1 |
0 |
−1 |
1 |
2 |
|
−2 |
1 |
1 |
0 |
||||||||
A |
A = |
|
|
|
− |
|
|
(3 |
4)= (0 |
1)= E и |
A A |
= (3 |
4) |
|
|
|
− |
|
|
= (0 |
1)= E . |
||
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
||||||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
Матрица A−1 найдена верно.
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример 2. Найти обратную матрицу для матрицы A = |
1 |
2 |
3 |
4 |
. |
|
|
|
1 |
3 |
6 |
10 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
4 |
10 |
20 |
|
|
1 |
|
Решение. Найдем |
A−1 , используя метод Гаусса. Запишем матрицу |
|
(A | E) и с |
||||||||||||||||||||
помощью преобразований приведем её к виду (E | A−1 ). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
1 1 1 1 | 1 0 |
0 |
0 |
A1 |
|
|
|
|
|
A1 |
|
|
1 1 1 1 | 1 0 |
0 |
0 |
B1 |
B1 − B2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− A1 |
|
|
|
|
|
||||||||||||
1 2 3 4 | 0 1 |
0 |
0 |
= A2 |
~ |
|
A2 |
= 0 1 2 3 | −1 1 |
0 |
0 |
= B2 |
~ |
|
B2 |
|
= |
||||||||
1 3 6 10 | 0 0 |
1 |
0 |
A |
|
|
|
A |
3 |
− A |
2 |
|
0 1 3 6 | 0 −1 |
1 |
0 |
B |
B − B |
|
|
|||||
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
3 |
2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
− A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
1 4 10 20 | 0 0 |
0 |
1 |
A4 |
|
|
A |
3 |
0 1 4 10 | 0 0 |
−1 1 |
B4 |
|
B4 |
− B3 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
48
1 |
0 |
−1 −2 | 2 −1 |
0 0 |
|
C1 |
|
|
C1 + C3 |
|
1 0 0 1 | 3 |
−3 1 |
|
|
0 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
0 1 |
2 |
3 | −1 1 |
0 0 |
|
|
C |
|
|
C − 2C |
|
|
0 1 0 −3 | −3 |
5 −2 |
|
0 |
|
= |
||||||||||||||||||||||||||||
= |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
2 |
|
~ |
|
2 |
|
|
3 |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−2 1 |
|
|
|
|
||||||||
0 |
3 | 1 −2 1 0 |
|
C |
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
0 0 1 3 | 1 |
|
|
0 |
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
0 |
1 |
4 | 0 |
1 −2 1 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
0 0 0 1 | −1 |
3 −3 |
|
1 |
|
|
||||||||||||||||||||
0 |
|
|
C4 |
|
|
C4 − C3 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
D1 |
|
D1 − D4 |
|
1 0 0 0 | 4 |
|
|
−6 |
|
|
|
4 |
|
|
−1 |
|
|
|
|
4 |
|
|
−6 |
4 |
|
−1 |
|
|
||||||||||||||||||
D |
|
D + 3D |
|
|
0 1 0 0 | −6 14 −11 3 |
|
A−1 = |
|
−6 14 |
−11 3 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
= 2 |
~ |
2 |
4 |
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 −11 |
10 −3 |
. |
|
|||||||||||||
D |
|
D − 3D |
0 0 1 0 | 4 |
|
−11 10 −3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
3 |
3 |
4 |
|
|
0 0 0 1 | −1 3 |
|
|
|
−3 1 |
|
|
|
|
|
|
−1 3 |
−3 1 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
D4 |
|
D4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 −3 |
|
|
|
1 −3 |
0 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Пример 3. Решить матричное уравнение |
|
3 |
|
2 |
−4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
X = |
10 |
|
. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
−1 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 7 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 2 |
|
|
− 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
−3 0 |
|
|
|
||||||||||||
Решение. Если матрица |
|
|
|
3 |
2 |
|
|
− 4 |
|
обратима, то |
|
X = A |
−1 |
|
|
|
2 |
|
7 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
A = |
|
|
|
|
|
10 |
|
|
. |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 −1 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
8 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
Вычислим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1 |
2 |
−3 |
|
( |
|
|
( |
|
|
) |
|
|
|
( |
) |
|
( |
|
)) |
|
( |
|
|
|
( |
|
) |
|
( |
|
) |
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
det A = 3 |
2 |
−4 = |
1 2 0 + |
2 |
|
−4 |
|
|
2 |
+ 3 |
|
|
−1 |
|
|
|
−3 |
|
|
− |
|
−3 2 2 + |
|
−4 |
|
|
|
−1 |
|
1+ |
3 2 0 |
|
= −7 +8 =1. |
2 −1 0
Так как det A ≠ 0 , то существует обратная матрица A−1 . Для её отыскания найдем алгебраические дополнения матрицы A :
A11 = |
2 − 4 |
= −4, A12 |
= |
3 |
|
− 4 |
(−1)3 = −8 , A13 = |
3 |
2 |
|
(−1)4 = −7 , A21 |
= − |
|
2 − 3 |
= 3, |
|||||||||||||||||||||||||
|
−1 0 |
|
|
|
|
|
|
2 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−1 0 |
|
||||||||||
|
|
− 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− 3 |
|
|
|
|
|
1 |
− 3 |
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|||||||||||
|
1 |
|
= 6 , A = − |
|
1 |
2 |
|
= 5, |
|
2 |
|
= −2 , A = − |
|
|
= −5 , A = |
|
|
|
= −4 . |
|||||||||||||||||||||
A = |
|
|
|
A = |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
22 |
2 |
0 |
|
|
|
23 |
|
|
2 |
−1 |
|
|
|
31 |
|
2 |
− 4 |
|
|
|
32 |
|
|
|
|
3 |
− 4 |
|
|
|
33 |
|
|
|
3 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
A11 |
|
A12 |
A13 |
T |
|
|
|
|
|
|
− 4 3 |
|
− 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По формуле |
A−1 |
= |
|
|
|
A21 |
A22 |
A23 |
|
|
получим |
|
A−1 = |
|
− 8 |
6 |
|
− 5 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
det A |
A |
|
A |
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− 7 |
5 |
|
− 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
31 |
32 |
33 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−4 |
3 |
−2 1 |
−3 0 |
6 |
4 |
5 |
|||||||
Тогда |
|
−8 |
6 |
−5 |
|
|
2 |
7 |
|
|
2 |
1 |
2 |
|
X = |
|
10 |
|
= |
. |
|||||||||
|
|
−7 |
5 |
−4 |
|
|
7 |
8 |
|
|
3 |
3 |
3 |
|
|
|
10 |
|
|
|
Пример 4. Показать, что матрица, обратная к неособенной симметричной матрице, будет симметричной.
Решение. Матрица называется симметричной, если для неё выполняется равенство AT = A. Пусть дана неособенная симметричная матрица A . Тогда det A ≠ 0 . Следовательно, для A существует обратная A−1 . Нужно показать, что
(A−1 )T = A−1 . Вспомним, что (A−1 )T = (AT )−1 и используем условие AT = A: (A−1)T = (AT )−1 = (A)−1 = A−1. Итак, (A−1 )T = A−1 , а это означает, что матрица A−1 - симметричная.
49
Примеры для самостоятельного решения
1. Найти, если возможно, обратную матрицу для матрицы
1 |
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A = |
2 |
1 |
− 2 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: A−1 |
= |
|
|
A . |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
||||||||||||
|
2 |
− 2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2. Найти обратную матрицу для матрицы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−1 |
1 |
1 |
|
|
1 |
|
||||
|
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
A = 1 |
1 |
1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: A−1 = 1 |
1 |
−1 |
0 |
|
|
0 . |
|
||||
1 1 |
−1 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
1 0 −1 |
0 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
0 |
|
|
|
|
||
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−1 |
|
|||||
1 |
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
1 |
3 − 2 |
1 3 |
5 |
|
1 |
− 42 − 49 |
49 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3.Решить уравнение |
X |
2 |
−1 |
1 |
|
= |
0 2 |
− 4 |
. |
Ответ: X = |
|
|
|
22 |
16 |
|
−18 |
. |
||||||
7 |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
2 |
0 |
|
|
1 1 |
1 |
|
|
|
− 8 |
− 9 |
11 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Пусть A и B - неособенные матрицы одного и того же порядка. Показать что, если AB = BA, то A−1B = BA−1 и A−1B−1 = B−1 A−1 .
4.4. Ранг матрицы
|
1 |
3 |
5 |
−1 |
||
|
|
2 |
−1 |
− 3 |
4 |
|
Пример 1. Вычислить ранг матрицы |
|
. |
||||
|
A = |
5 |
1 |
−1 |
7 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
7 |
9 |
1 |
|
|
|
|
Решение. С помощью элементарных преобразований приведем матрицу к ступенчатому виду.
1 3 5 |
−1 |
A1 |
|
|
|
A1 |
|
|
|
1 3 |
5 −1 |
B1 |
|
|
|
B1 |
|
|
|||||||||
|
2 −1 −3 |
4 |
|
A |
|
~ |
A − 2A |
|
|
|
0 |
−7 |
−13 6 |
|
B |
|
|
|
B |
|
= |
||||||
A = |
5 1 −1 |
7 |
|
= |
2 |
|
|
2 |
|
1 |
|
= |
0 |
−14 |
−26 12 |
|
= 2 |
|
~ |
|
2 |
|
|||||
|
|
|
A |
|
|
|
A − |
5A |
|
|
|
|
B |
|
B |
− 2B |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
3 |
|
1 |
|
|
|
|
|
−14 |
−26 8 |
|
3 |
|
|
3 |
2 |
|
|
|
|
7 7 9 |
1 |
|
|
A4 |
|
A4 − 7A1 |
|
|
0 |
|
B4 |
B4 − 2B2 |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
3 |
|
5 |
|
−1 |
|
1 |
3 |
5 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
0 |
−7 |
|
−13 |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
= |
|
|
|
~ |
|
0 −7 |
−13 6 |
. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 0 |
0 |
−4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
−4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Переставив третий и четвертый столбцы, получим матрицу ступенчатого вида
1 |
3 |
1 |
5 |
|
|
|
|
|
− 7 |
|
−13 |
|
, поэтому rang A = 3. |
A ~ |
0 |
6 |
|
|||
|
0 |
0 |
− 4 |
0 |
|
|
|
|
|
|
1 |
λ |
−1 |
2 |
|
|
|
Пример 2. Чему равен ранг матрицы |
|
|
|
λ |
|
|
при различных значениях |
A = |
2 |
−1 |
5 |
|
|||
|
|
1 |
10 |
− 6 |
1 |
|
|
|
|
|
|
параметра λ ?
Решение. Приведем матрицу A к ступенчатому виду. Выполним следующие элементарные преобразования:
50