Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

praktice algem

.pdf
Скачиваний:
21
Добавлен:
23.02.2015
Размер:
1.19 Mб
Скачать

причем 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

 

 

 

 

 

 

 

1i

3

комплексной плоскости. Найти его модуль и аргумент: 1)

 

 

 

+

 

 

 

 

 

;

2)

 

 

 

 

.

 

 

 

 

i

 

1+ i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ 4i

4

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

 

1

+

1

=

 

 

1

 

14 i +

 

 

1

 

4 + i

=

14i +

4 + i

 

= 14i + 4 + i

=

5 3i

=

 

5

 

3

i .

 

 

4 i

 

 

 

 

 

 

4 + i

 

 

 

 

 

 

 

1

+ 4i

 

1+ 4i

14i

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3i)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)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= (3i)((2 + 3i)) (4 + 2i)(4 + 2i) = −6 9i + 2i + 3i2 16 16i (2i)2 =

41

Рис. 51

Рис. 52

= −2123i 0 . Поэтому система имеет единственное решение, которое найдем методом Крамера. Вычислим определители:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 =

 

1+ 3i

4 + 2i

= −21

23i ,

2 =

 

3i

1+ 3i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

(

2 + 3i)

 

4 + 2i

7

Тогда z =

1 = 2123i

=1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2123i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z2

=

2 =

 

 

2321i

=

i(23i 21)

= i .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2123i

 

 

2123i

 

 

 

 

 

 

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 .

= −2321i .

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)

(1i) (3i) ; 2)

i 5 + 2

; 3) (2i i 2 )2 + (13i)2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3i

 

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

 

1Re z .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: 1) полоса 5 x 5; 2) окружность, центр(1;0), R = 2 ; 3) y2 12x . 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 = 2n1 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 + 4b24ac = 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 A1 - существует.

 

3

4

 

Найдем матрицу из алгебраических дополнений:

A11 = (1)1+1 4 = 4, A12 = (−1)1+2 3 = −3 , A21 = −2 , A21 =1.

 

A1

 

1

 

 

A

Известно, что

=

 

 

 

11

det

 

A21

 

 

 

A

A

T

1

T

−2

1

 

12

 

A1 =

 

(4 −3)

= 3

 

1 .

 

 

 

A22

 

−2

−2 1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

Как

проверить

результат?

По определению

обратной

матрицы A1 A = E и

A A1 = 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 A1 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

A1 , используя метод Гаусса. Запишем матрицу

 

(A | E) и с

помощью преобразований приведем её к виду (E | A1 ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

A1 =

 

−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 A1 . 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

A1

=

 

 

 

A21

A22

A23

 

 

получим

 

A1 =

 

− 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 A1 . Нужно показать, что

(A1 )T = A1 . Вспомним, что (A1 )T = (AT )1 и используем условие AT = A: (A1)T = (AT )1 = (A)1 = A1. Итак, (A1 )T = A1 , а это означает, что матрица A1 - симметричная.

49

Примеры для самостоятельного решения

1. Найти, если возможно, обратную матрицу для матрицы

1

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A =

2

1

− 2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: A1

=

 

 

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: A1 = 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 A1B = BA1 и A1B1 = B1 A1 .

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

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]