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

1060963_B9CC3_zinenko_s_n_lineinaya_algebra

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
23.02.2015
Размер:
2.22 Mб
Скачать

4.СИСТЕМЫ ЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ. ПРИЛОЖЕНИЯ

4.1. Является ли система векторов { a1, ... ,ak , ... ,am } линейно зависимой, и найти все эти зависимости (сравнить с № 2.1.).

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

0

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

1

=

1

,

a

2

=

1

,

a

3

= 1

,

a

4

=

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

0

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

1

=

 

3

,

a

2

=

2

,

a

 

= 1

,

a

4

=

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

2

 

 

3

 

1

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 4.2.

Выяснить, принадлежит ли вектор b Lin{ a1, ... ,a k , ... ,am } линейной оболочке

векторов, и найти все разложения вектора b по системе { a1, ... ,ak , ... ,am }.

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

a

1

=

 

2

,

a

2

=

3

,

a

3

= 3

,

a

4

=

 

1

; b =

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

0

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

5

 

 

 

 

3

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

a

1

=

2

,

a

2

=

3

,

a

 

=

7

,

a

4

=

5

; b =

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

1

 

 

3

 

6

 

 

 

 

 

2

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 4.3.

Показать,

что

система векторов

{ f1, ... , fk , ... ,

fn }

 

образует

базис

и найти

разложение вектора b по этому базису.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

0

 

 

 

 

 

2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

f

1

=

 

2

,

f

2

=

5

,

f

3

= 1

,

f

4

=

 

5

; b =

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

5

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

6

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

0

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

f

1

=

 

2

,

f

2

= 1

,

f

3

=

2

,

f

4

= 5

; b =

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

1

 

 

 

 

0

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 4.4.

 

Найти базис

и

 

размерность

пересечения

двух

подпространств

L1 L2 .

Проверить справедливость формулы Грассмана (сравнить с. № 2.3.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

L1 = Lin{a1

 

1

 

a 2

 

1

 

}, L2 =

Lin{b1 =

1

b

 

 

3

}

R5

 

 

=

2

,

=

7

 

 

 

7

,

2

=

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

0

 

 

 

 

L1 = Lin{a1

 

2

 

a 2

 

5

 

}, L2 =

Lin{b1 =

 

5

b

 

 

2

}

R5

 

 

=

1

,

=

0

 

 

 

4

,

2

=

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

3

 

 

 

 

21

№ 4.1.

Система векторов {a1, ... , ak , ... , am } называется линейно независимой, если равенство нулю линейной комбинации

x1 a1 + ... + xk a k + ... + xm am = 0

возможно только в тривиальном случае x1 =... = xk =... = xm = 0 , и линейно зависимой, если это возможно, когда среди чисел x1, ... , xk0 , ... , xm хотя бы одно xk0 0 отлично от нуля.

Следовательно, выяснение вопроса линейной зависимости / независимости можно свести к решению однородной системы линейных уравнений с матрицей коэффициентов, построенной из столбцов системы линейных уравнений

 

 

 

 

 

A = a1, ... ,

a k , ... , am

Если

система уравнений имеет только

тривиальное решение, то векторы

{a1,

... , ak , ... , am } линейно независимы,

а

если имеются ненулевые решения, то

линейно зависимы, при этом компоненты решений и есть коэффициенты нетривиальных линейных комбинаций, равных нулю.

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

0

 

 

3

 

0

x

1

 

1

+ x

 

1

+ x

1

+ x

 

2

=

0

 

 

2

 

2

 

 

3

 

 

3

 

7

 

4

 

1

 

 

 

0

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

2

 

 

 

 

4

 

 

 

5

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

+

2x2

 

+

 

x3

+

3x4

=

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

x2

 

 

2x4

=

0

 

 

 

 

 

 

 

 

2x1

+

3x2

 

+

7x3

+

 

x4

=

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3x

1

+

2x

 

4x

+

5x

=

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2 0 3

 

1 2 0 3

 

 

 

 

1 0

 

 

2 1

 

A =

1

1 1

2

~

0 1 1 1

~

 

 

0 1

 

 

 

1 1

= A

 

 

 

 

 

 

 

2 3 7 1

 

 

 

0 7 7 7

 

 

 

 

 

0 0 0 0

 

 

 

 

 

 

3

 

 

2

4 5

 

 

 

±0

4 4 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

\\

 

\\

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

\\

\\

\\

 

 

 

 

a1

 

a2

a3 a4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a1

a2

 

a3

a4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

2x3

1x4

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

1

 

x1

 

x

 

= 2x3

x4

 

x2

 

= 1x3

1x4

 

= x

 

1

+ x

 

 

1

 

 

 

 

= −x

x

 

x

 

 

1x

1x

 

3

 

1

 

 

 

 

 

4

 

 

0

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

4

 

 

x3

 

 

3

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Замечание.

Столбцы

a1, a2

, a3

, a4

исходной

матрицы

 

 

 

A

 

трансформировались в

столбцы a1,

a2

, a3, a4

преобразованной методом Гаусса матрицы A , откуда видно, что

a3, a4

являются

некоторыми

линейными комбинациями

a1 ,

a2

(коэффициентами

разложений преобразованных столбцов

a3,

a4

по столбцам

 

a1 = e1,

a2 = e2 являются их

компоненты).. Следовательно, данная система векторов a1, a2 ,

a3,

a4 линейно зависима.

В частности,

векторы

a3,

a4

линейно выражаются

 

через

 

 

векторы

a1, a2 (при этом

коэффициентами разложений являются компоненты преобразованных столбцов a3, a4 ): a3 = −2 a1 +1 a2 , a4 = +1 a1 +1 a2

22

№ 4.2.

Принадлежность вектора b Lin{ a1, ... , a k , ... , am } означает существование чисел x1, ... , xk , ... , xm таких, что

b = x1 a1 + ... + xk ak + ... + xm am

Следовательно, выяснение вопроса возможного разложения вектора b

 

по векторам

{ a1, ... , a k , ... , am } можно свести к решению неоднородной

системы

линейных

уравнений с расширенной матрицей коэффициентов A- = a

1

, ... , a

k

, ... , a

m

 

b .

 

 

 

 

 

 

 

Если система уравнений имеет решение (совместна), то вектор

b Lin{ a1, ... , a k , ... , am }

т.е. b разлагается по векторам { a1, ... , a k , ... , am }, при этом компоненты решений и есть коэффициенты разложений.

Если же система неоднородных уравнений не имеет решения (несовместна), то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b Lin{ a1, ... , a k , ... , am }

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

1

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

1

2 + x

 

3

+ x

3

+ x

 

1 =

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

1

 

 

3

 

2

 

 

4

 

0

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

5

 

 

 

 

3

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

2x2

+ x3

x4

 

= −2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x1

3x2

+

3x3

 

x4

 

= −4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

x2

+

2x3

3x

 

= −2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1x

1

2x

 

5x

 

=

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

1 2 1 1

 

2

 

 

 

 

 

1 2 1 1

2

 

1 ±0

±3 1

 

 

 

 

 

 

 

2

3 3

1

 

4

 

~

 

 

±0 1 1 1

0

~

 

0 1

1 1

 

 

0

 

 

 

 

 

 

1

1 2

±0

 

2

 

 

 

 

 

0 1 1 1

0

 

 

 

0 0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0

 

 

 

 

 

 

 

1 2

5 3

 

 

2

 

 

 

 

 

 

0

4 4 4

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

±0 0 0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

 

2 3x3

1x4

 

2

 

 

3

 

 

1

x1

 

x

= −2

3x3

x4

 

x2

=

 

1x3

1x4

 

=

0

+ x

 

1

+ x

 

1

 

 

 

 

=

 

 

x

x

 

 

 

 

x

 

 

 

1x

1x

 

 

 

0

 

3

 

1

 

4

 

0

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

3

 

 

4

 

 

 

 

x3

 

 

 

3

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

4

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xчн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

oo

 

 

 

\\

xон

Замечание. Из частного решения, например, следует, что b = −2 a1 + 0 a2 + 0 a3 + 0 a4

23

№ 4.3.

Система из n векторов {

f1, ... , f k , ... , f n } Rn

в n -мерном пространстве образует

базис, если она линейно

независима. При

этом

вектор b единственным образом

разлагается по базису

 

 

 

 

b = x1 f1 + ... + x k

fk + ... + xn fn

Следовательно, выяснение вопроса можно свести к решению неоднородной системы

линейных уравнений с расширенной матрицей

A- = f

1

,

... , f

k

, ... , f

n

 

b , с попутным

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нахождением ранга матрицы системы уравнений

 

f1,

... ,

f k , ... ,

 

 

 

 

 

 

 

 

A =

f n .

 

 

 

 

Если rang A = n , то

система линейных неоднородных

уравнений

имеет, и при том,

единственное решение

при любом столбце

свободных

членов,

так

что

векторы

{ f1, ... , f k , ... , f n } Rn образуют базис.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

Применяя метод Гаусса, приведем матрицу A в расширенной матрице

=

A

 

b к

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

“единичному” виду (в данном случае “единичный” вид - это просто единичная матрица). При этом правая часть b преобразуется в решение x системы уравнений

 

A

 

b

~

 

I

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

одновременно представляя собой координаты вектора b в базисе { f }={ f1, ... , fk , ... , fn }.

 

 

1

 

 

2

 

 

 

0

 

 

2

 

 

1

 

 

 

 

 

x

2

+ x

 

5

+ x

1

+ x

 

5

=

 

1

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

2

5

 

 

 

3

 

0

 

4

 

6

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

2x2

+

 

x3

+ 2x4

=

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x1

+

5x2

 

5x4

= −1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x1

5x2

 

 

x

 

+

6x4

=

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

2x

=

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2 0 2

 

 

 

1

 

 

 

1 2 0 2

 

 

 

1

 

1 0 2 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 5 1

5

 

 

1

 

~

 

 

0 1 1

1

 

1

~

 

 

0 1 1 1

 

2

5 0 6

 

 

 

3

 

 

 

 

0 1 0 2

 

 

 

1

 

 

0 ±0 1 1

 

0 0 1 2

 

 

 

3

 

 

 

 

 

0 0 1 2

 

±3

 

 

 

±0 0 1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 0 0 2

1

 

 

1 0 ±0 ±0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

0 1 0

2

 

 

1

~

 

 

0 1 0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0 1 1

 

 

±2

 

 

 

0 ±0 1 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0 0 1

 

 

1

 

 

 

 

0 0 0 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

=

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Замечание. b =1 f1 +1 f2 +1 f3 +1 f4

3

1 ~

2

3

1

1

1

1

24

№ 4.4.

По определению пересечения

L1 L2 = Lin{ a1,

a 2 , ... } Lin{ b1, b2 , ... }

необходимо найти векторы, допускающие одновременно представление

c = x1 a1 + x 2 a 2

+ ... = y1 b1 + y 2 b2 + ...

Следовательно, задача сводится к решению однородной системы линейных уравнений

(x1 a1 + x2 a 2

+ ... )

(y1 b1 + y 2 b2 + ... ) = 0

с матрицей коэффициентов

 

 

A= a1, a 2 , ... , b1, b2 , ... . Пересечение будут

составлять множество векторов указанного выше вида, в котором роль коэффициентов

(x1,

 

x2 , ... ),

 

(y1,

y 2 ,

... ) играют решения полученной системы уравнений.

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

1

+ x

 

1

=

y

1

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

7

 

 

7

+ y

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

2

 

3

 

 

1

 

2

 

2

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

+

2x2

y1

2 y2

=

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

x2

y1

+

3y2

=

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x1

+

7x2

7 y1

2 y2

=

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

1

3x

2 y

+

6 y

2

=

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

1

 

 

 

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

2x2

2 y1

+

5y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

1 2

 

 

 

 

 

1 2

1 2

 

1 0 3 4

 

 

1

 

 

 

 

 

1 ±0 ±0

 

1

 

1

1 3

 

 

 

 

 

0 1

2 1

 

±0 1 2 1

 

0 1 0

1

 

2 7

7

2

 

 

~

0 3

5 2

~

 

0 0 1 1

~

 

 

0 0 1

1

 

 

1

 

3

2 6

 

 

 

 

 

 

 

0 1

3 4

 

 

0 0 5 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0 0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

2 5

 

 

 

 

 

0 0

3 3

0 0 3 3

 

0 0 0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1x2y1y2

L1

 

 

1y2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

=

1y2

 

= y

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1y2

 

 

2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1y

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

3

 

 

 

(1 a1 +1 a2

)= y2

 

2

 

= y2 (1 b1 +1 b2 ) L2

L1 L2

 

2

 

}

y2

 

9

 

= Lin{c }= Lin{

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

3

 

 

\ c\

Замечание. Учитывая решение № 2.3., получим

L1=Lin {a1, a 2}, L2 =Lin {b1, b2 }

L1 +L2 =Lin {a1, a 2 , b1}, L1L2 =Lin{a1 +a2 =b1 +b2 }

 

 

 

 

3

1

2

2

//

//

//

//

dim(L1 + L2 )

+ dim(L1 L2 )= dim (L1 )

+ dim (L2 )

25

5.ОПРЕДЕЛИТЕЛИ

5.1. Найти определитель матрицы, раскрывая по элементам строки (столбца).

 

±1 * * * *

 

 

±0 0 0 1 0

 

 

11 2

3

 

 

 

 

 

 

 

0 2 * * *

 

 

5

0

5

9

0

 

 

a.

 

b.

 

c.

2 1 0

1

0 0 3 * *

 

7

2

3

8

5

 

 

0

0

0

4

*

 

 

4

0

6

7

4

 

 

2

0

1 3

 

 

 

 

 

3

1

11

 

0 0 0 0 5

 

 

0

0

3

6 ±0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ1

0

0

0

0

 

 

±5 7 0 0 6

 

 

1 2

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a.

0

λ2

0

0

0

 

b.

2

9

3 8

5

 

c.

4 1 0

1

0 0

λ3

0

0

 

0

0

0

0

2

 

2 0

1 2

 

0

0

0

λ4

0

 

 

8

5

0

4

7

 

 

3 2

1 1

 

0

0

0

0

λ5

 

 

0

1 0

0

±8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = ar cosϕ sinθ

d.D(x,ϕy,θz) , y = br sinϕ sinθ D(r, , ) z = cr cosθ

 

D(x, y, z)

x = ar cosϕ

d.

 

y = br sinϕ

D(r,ϕ, z) ,

 

 

 

 

z = z

№ 5.2. Найти определитель матрицы, применяя метод Гаусса.

 

 

 

±2 4 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 2 0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1 2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a.

 

 

 

 

 

 

 

b.

 

 

 

 

 

 

 

c.

1 ±1 4 3

 

 

 

4 11

4

 

 

 

 

 

 

 

2 1 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

3

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 6 12

 

 

 

 

 

 

 

1

3

9

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 3

0

3

 

 

 

 

 

 

1 2

2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

0 2

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2 4

 

 

0

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a.

 

 

1 4

4

 

3

 

 

 

b.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 4

3

2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 2

5

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 2 6 14 12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2 8 13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2 2

8

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 5.3. Показать,

что система векторов { f1, ... , fk ,

... , fn }

образует базис и найти

разложение вектора b по этому базису (сравнить с № 4.3.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

1

 

 

0

 

 

 

 

 

f

1

= 2

, f

2

=

1

,

f

3

= 2

, f

4

=

4

; b = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

2

 

 

1

 

 

 

 

 

f

1

=

1

, f

2

=

1

,

f

3

=

0

, f

4

=

 

2

; b =

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

0

 

 

 

±0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 5.4. Найти ранг матрицы и указать базисный минор (сравнить с № 2.4.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

3

 

2

 

 

2

 

 

3

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = 2

 

6 4

 

4

 

6

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

3

 

1

 

 

1

 

3

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

6

 

3

 

 

3

 

6

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

3

1

 

0

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = 2

 

4 6

2 0 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

4 5

1

 

3 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

6 8

2 3 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26

Теория

Определителем квадратной матрицы

 

 

n

го

порядка называется

A = q1, ... , qk , ... , qn

 

значение функционала (числовой функции) Dn от n векторных аргументов-столбцов

 

 

 

q1 ... qk

...

qn

 

 

 

a11

.

a1k

.

a1n

 

 

 

det A = Dn ( q1, ... , qk , ... , qn )

 

 

 

 

 

 

 

=

 

ai1

.

ai k

.

ai n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

an 1

.

an k

.

an n

 

 

 

 

 

 

 

 

- n -линейного (т.е. линейного по каждому аргументу)

Dn ( ...

,

αk qk + βk pk , ... )=αk Dn ( ...

,

qk , ... ) + βk Dn ( ...

,

pk , ... )

- антисимметричного

 

 

 

 

 

 

 

Dn ( ...

, q, ... , p, ... ) = Dn (

... , p, ... , q, ... )

 

 

- нормированного условием

 

 

Dn ( e1,

... , ek , ... , en )=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минором M i j элемента

ai j называется

 

определитель

матрицы

(

 

)

го

порядка,

 

 

n1

 

получающейся из данной вычеркиванием i ой строки и

j го столбца.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a11

...

*

... a1n

 

 

 

 

a11 ... ...

a1n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

 

=

 

 

...

 

 

...

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i j

*

 

a

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

an 1 ... ...

an n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

an 1 ... * ... an n

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

)i+j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алгебраическим дополнением Ai j элемента ai j

называется

Ai j =

 

M i j

 

 

 

1

 

 

 

 

 

A11

A12

A13

 

 

 

A21

A22

A23

=

 

A

 

A31

A32

A33

 

 

 

 

 

 

... ...

...

...

...

 

 

+

 

 

 

=

+

 

 

 

 

 

 

...

 

 

 

+

...

 

+

...

 

+

...

 

 

...

 

 

 

 

 

 

 

Имеют место формулы разложения определителя по элементам:

i ой строки

 

j го столбца

n

(i =1, ... , n)

n

det A = ai k Ai k

( j =1, ... , n) ak j Ak j = det A

k =1

 

k =1

Замечание. Разложение целесообразно вести по строке (столбцу), в которых более всего нулевых элементов.

Отсюда, в частности, получаем, что определитель “треугольной” (в частности, “диагональной”) матрицы равен произведению элементов главной диагонали.

27

№ 5.1. a.

 

 

1

 

*

 

*

 

*

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

*

*

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

±2

 

*

 

*

*

 

 

 

 

 

 

0

 

±3

*

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

3

 

*

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

3

 

*

*

 

 

=1

 

 

 

 

=1 2

 

0

 

±4

 

 

 

*

=1 2 3

 

 

 

=1 2 3 4

 

5

 

=1 2 3 4 5=120

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

±

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

0

 

±5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

0

 

4

 

*

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0 ±5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

0 ±5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

0

 

0

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 5.1. b.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

0

 

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

0

5 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

±5 *

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 ±0 5 * 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 2 ± 3 * 5

= (−1)

 

 

 

*

 

 

2

 

 

*

 

*

 

 

=

(−1) (+2)

 

4 ±*

 

 

4

 

= (−1) (+2) (3)

±5

 

 

0

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

4

0

±6 4

 

 

 

 

 

 

 

*

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

0

 

6 ±*

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

±0

 

 

0

 

 

3 ±0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

3

 

±0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

±0

0

 

3

 

*

±0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= (−1) (+2) (3) (+4)

 

±5

 

= (−1) (+2) (3) (+4) (+5) =120

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 5.1. c.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1

2

 

3

 

 

 

 

 

 

1 1

2

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 1 0 1

=

 

2 1 0 1

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

0

1

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

0 1

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 1 1

1

 

 

3 1 1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

±* 1 2 3

 

 

 

 

 

 

 

 

±1 * 2 3

 

 

 

 

 

 

±1 1 * 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

±1 1 2 *

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=+

 

* ±1 ±0 1

 

 

2 ±* ±0 1

 

+

 

 

2 ±1 * 1

 

 

 

 

 

 

2 ±1 ±0 *

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

* * *

 

 

 

 

*

 

 

 

0

 

* *

 

 

 

 

* *

 

1

*

 

 

 

 

 

 

* * *

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* 1 1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

3 * 1 1

 

 

 

 

 

 

3 1 * 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 1 1 *

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

±1 2 ±3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

±1

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

1 0 1

 

 

 

 

0

2

±0 1

 

 

 

 

 

1

2

±1 1

 

 

 

 

 

3

2

±1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

±1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=2 (

 

±2 3

 

 

 

 

1 2

 

 

)0 (

 

... )(

 

 

±1 1

 

 

 

2 1

 

+3

 

2 1

 

)3 (

2

 

2 1

 

+

 

1 1

 

)=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

1

 

1

 

 

+

 

3

1

 

3

1

 

 

3

1

 

2

1

 

=2 (5+3)(2 +5+3 1)3 (2 11)=7

5.1. d.

D(x, y, z)

=( rr, rϕ, rθ)=

 

xr xϕ

xθ

 

a cosϕ sinθ ar sinϕ sinθ ar cosϕ cosθ

 

=−abc r2 sinθ

 

 

 

 

yr

yϕ

yθ

=

bsinϕ sinθ

br cosϕ sinθ

br sinϕ cosθ

 

D(r,ϕ,θ)

 

 

zr

zϕ

zθ

 

c cosθ

0

cr sinθ

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 5.2.

det A при выполнении над строками (столбцами) матрицы элементарных операций

1)

перестановка

i

j

det → − det

- меняет свой знак

2)

умножение

α³ k

det α det -

умножается на число

3)

сложениеi

+j

 

det det - не изменяется

Отсюда, в частности, следует, что определитель не изменится, если к какой-нибудь строке (столбцу) прибавить линейную комбинацию остальных.

Это позволяет применить метод Гаусса и привести матрицу к “треугольному” виду.

Если в процессе преобразования появится нулевая строка (столбец), то определитель равен нулю. Если нет, то матрица преобразуется в “треугольную” и определитель будет равен произведению элементов на главной диагонали преобразованной матрицы.

28

№ 5.2. a.

2

4 2

 

= 2

 

1

2 1

 

 

 

 

4

11

4

 

 

4

11

4

=

±0

3

4

 

 

 

0

3

4

 

 

 

 

= 2

 

1

2 1

 

= 2

(3)

 

1 2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

3 0

 

 

0 1 0

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

±0

3 4

 

 

 

 

 

 

 

±0

3

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2 (3)

 

 

±1 2 1

 

 

= 2 (3) 4

 

±1 2 1

 

= 2 (3) 4 1 = −24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 1 0

 

 

 

0 1 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

4

 

 

 

 

 

 

0

0

1

 

 

№ 5.2. b.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 2 0

 

= (−2)

 

1 1 0

 

 

= (−2) 3

 

1 1 0

 

= −2 3

0 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 1 6

 

 

0 3 6

 

 

 

0 1 2

 

 

 

 

 

0 6 12

 

 

 

 

 

0 6 12

 

 

 

 

 

 

 

0 0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 5.2. c.

 

 

1

1 2 1

 

 

 

 

1 1 2

1

 

1 1 2

1

 

 

 

 

1 1 2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1 4

3

 

=

 

 

0

2

2

2

=

0

2

2

2

 

=

 

 

0

2

2

2

 

=1 2 3 4 = 24

 

 

1

3 9

11

 

 

 

 

0

4

7

10

 

0

0

3

6

 

 

 

 

0

0

3

6

 

 

 

 

 

 

1

3 0

3

 

 

 

 

0

4

2

4

 

0

0

6

8

 

 

 

 

0

0

0

4

 

 

 

 

№ 5.3.

 

 

векторов { f1, ... ,

fk , ... ,

fn } Rn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

det A 0 , где

Система

 

n

образует

базис,

если

 

 

 

 

... ,

fk , ... ,

 

 

Нахождение

разложения

вектора

b

по базису

 

 

A = f1,

fn .

{ f1, ... ,

fk ,

... ,

fn } сводится к решению неоднородной системы линейных уравнений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1 f1 + ... + xk

fk + ... + xn fn = b

 

 

 

 

 

 

которая в этом случае имеет единственное решение. Это решение можно найти по формулам Крамера

k

= det

 

f

1

, ... , b , ... , f

 

 

= det f

1

, ... ,

x

1

 

f

1

+ ...

+ x

k

 

f

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= x

 

 

 

f

 

 

 

 

... ,

 

f

 

 

, ... ,

f

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

det

1

,

 

k

n

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

1

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

1

2

+ x

 

 

1

+ x

2 + x

4

 

=

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

1

 

 

3

3

 

 

4

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

0

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f1

 

 

 

 

 

 

f2

 

 

 

f3

 

 

 

f4

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

2

 

 

1

 

 

 

1 1

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∆ = det

 

f ,

f

2

, f

3

, f

4

=

 

 

2

1

 

2

 

4

 

 

=

 

0

 

 

 

1

2

2

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1 3 0

 

 

 

 

0 0 1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1 0 2

 

 

 

 

0 0 2

1

 

 

 

 

 

 

+ ... + xn fn , ... , fn

x

k

x

k

=

k

, k =1,...,n

 

 

 

 

 

1 1

2

1

 

 

0

1

2

2

=1

0

0

1

1

 

0

0

0

1

 

29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

1 2 1

 

1 2 1

 

 

 

 

1 2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= det b

,

f

 

 

, f

 

,

f

 

=

 

 

0

1 ±2

4

 

 

 

 

 

 

= −3

1

2

3

4

 

 

= −

1

±2

±4

= −

0

±0

±3

 

=

 

 

 

0

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1 3 0

 

1 3 0

 

0 1 1

 

 

 

 

0 ±0 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

0

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

1

2

1

 

1

2

1

 

 

 

 

 

1

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

b

, f

 

 

f

 

 

 

±2

0

 

±2

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

= det

 

,

3

,

4

=

 

 

= +

±2

±2

±4

=

±0

2

±2

 

= −2

 

±0

±1

1

=

0

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

0

 

3

0

 

1 3 0

 

0 1 1

 

 

 

 

0 0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

0

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

1

1

1

 

1 1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= det

 

f

 

, f

 

, b

,

f

 

=

 

 

±2

1

 

0

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

3

 

 

2

4

 

 

 

 

= −

±2

1

±4

= −

±0

1

±2

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

0

0

 

1

1

0

 

0

0 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

1

1

2

 

1 1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= det

 

f

,

f

 

 

, f

 

,

b

=

 

±2

1 ±2

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

4

 

2

3

 

 

= +

±2

1

±2

=

±0

1

2

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

1 3

0

 

1

1

3

 

0

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

0

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

1

=

1

=

3

 

= −3,

 

 

 

x =

2

=

0

 

= 0,

x =

3

=

1

=1,

x =

 

4

 

=

1

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

1

 

 

 

 

 

3

 

1

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 5.4.

Ранг матрицы A равен максимальному порядку отличного от нуля минора (называемого базисным).

Преобразуя матрицу методом Гаусса (неполному) к “треугольную” виду, найдем базисные строки и столбцы, на пересечении которых стоят элементы базисного минора.

 

 

 

q1 q2 q3 q4 q5 q6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p1

 

1 3 2 2 3 1

 

1 3 2 2 3 1

 

1 3 2

2

3 1 p1

 

A =

p

 

2

6 4 4 6

2

~

0 0

0 0

0 0

 

 

0

 

0

0

0

 

0

 

0

p

= A

p2

 

1 3 1 1 3

1

 

 

0 0

1 1

0 2

 

~

0

 

0

1 1

 

0

2

p2

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

p

 

2 6 3 3 6 0

 

 

 

0 0

1 1

0 2

 

 

 

0

 

0

0

0

 

0

 

0

p

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

q q q

 

q q

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

 

5

6

 

В преобразованной методом Гаусса матрице A~ A на пересечении преобразованных

строк

p1,

p3 и столбцов q1, q3

стоит “треугольная”

 

матрица,

определитель которой

(некоторый

минор 2го порядка)

отличен от нуля 0 .

Любой минор более

высокого

порядка (3го или 4го) содержит нулевые строки, а, значит, равен нулю =0 . Следовательно,

q1 q2 q3 q4 q5 q6

 

p1

 

1

3

2

2

3

1

 

A =

p

 

2

6

4

4

6

2

 

p2

 

1

3

1

1 3

1

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

2

6

3

3

6

0

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

- базисные строки и столбцы { p1,

p3 } и { q1, q3 }

- базисный минор

 

1

2

 

=

 

1 2

 

=1 0

 

 

 

 

 

 

±1

1

 

 

 

±0 1

 

 

- rang A = 2

30

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]