- •Оглавление
- •2.Уравнения прямых и кривых на плоскости
- •3. Плоскость в пространстве
- •4.1.Матрицы. Операции над матрицами
- •4.2. Определители
- •4.3. Ранг матрицы
- •4.4. Обратная матрица
- •5.1. Критерий совместности Кронекера-Капелли
- •5.2. Метод Гаусса
- •5.3. Формулы Крамера
- •5.4. Матричный метод
- •5.5. Системы линейных уравнений общего вида
- •6.1. Предел последовательности и функции. Теоремы о пределах
- •7.1. Производная, правила и формулы дифференцирования
- •7.3. Экстремум функции
- •7.4. Раскрытие неопределенностей. Правило Лопиталя
- •7.5 Частные производные. Метод наименьших квадратов.
- •8.1. Основные методы интегрирования
- •Несобственные интегралы
- •9.1. Вероятность и риск, пространство элементарных событий
- •9.2. Независимость событий. Последовательные события и слепой случай. Теорема умножения вероятностей. "Дерево вероятностей"
- •9.3. Статистическое (частотное) определение вероятности. Теорема сложения вероятностей
- •9.4. Формула полной вероятности
- •9.5. Последовательтность испытаний (схема Бернулли)
- •10.1. Среднее арифметическое, мода и медиана. Среднее квадратическое отклонение
- •10.2. Нормальное распределение и его свойства
- •10.3. Выборки и доверительные интервалы
- •10.4. Центральная предельная теорема. Систематические изменения или случайность
- •10.5. Введение в корреляционный анализ. Основы регрессионного анализа
4.3. Ранг матрицы
Рассмотрим прямоугольную матрицу (4.1). Если в этой матрице выделить произвольно k строк и k столбцов, то элементы, стоящие на пересечении выделенных строк и столбцов, образуют квадратную матрицу k-го порядка. Определитель этой матрицы называется минором k-го порядка матрицы А. Очевидно, что матрица А обладает минорами любого порядка от 1 до наименьшего из чисел m и n. Среди всех отличных от нуля миноров матрицы А найдется по крайней мере один минор, порядок которого будет наибольшим. Наибольший из порядков миноров данной матрицы, отличных от нуля, называется рангом матрицы. Если ранг матрицы А равен r, то это означает, что в матрице А имеется отличный от нуля минор порядка r, но всякий минор порядка, большего чем r, равен нулю. Ранг матрицы А обозначается через r(A). Очевидно, что выполняется соотношение
Ранг матрицы находится либо методом окаймления миноров, либо методом элементарных преобразований. При вычислении ранга матрицы первым способом следует переходить от миноров низших порядков к минорам более высокого порядка. Если уже найден минор D k-го порядка матрицы А, отличный от нуля, то требуют вычисления лишь миноры (k+1)-го порядка, окаймляющие минор D, т.е. содержащие его в качестве минора. Если все они равны нулю, то ранг матрицы равен k.
Элементарными называются следующие преобразования матрицы:
перестановка двух любых строк (или столбцов),
умножение строки (или столбца) на отличное от нуля число,
прибавление к одной строке (или столбцу) другой строки (или столбца), умноженной на некоторое число.
Две матрицы называются эквивалентными, если одна из них получается из другой с помощью конечного множества элементарных преобразований.
Эквивалентные матрицы не являются, вообще говоря, равными, но их ранги равны. Если матрицы А и В эквивалентны, то это записывается так: A B.
Канонической матрицей называется матрица, у которой в начале главной диагонали стоят подряд несколько единиц (число которых может равняться нулю), а все остальные элементы равны нулю, например,.
При помощи элементарных преобразований строк и столбцов любую матрицу можно привести к канонической. Ранг канонической матрицы равен числу единиц на ее главной диагонали.
Пример 2.8. Найти методом окаймления миноров ранг матрицы
Решение. Начинаем с миноров 1-го порядка, т.е. с элементов матрицы А. Выберем, например, минор (элемент) М1=1, расположенный в первой строке и первом столбце. Окаймляя при помощи второй строки и третьего столбца, получаем минор , отличный от нуля. Переходим теперь к минорам 3-го порядка, окаймляющимМ2. Их всего два (можно добавить второй столбец или четвертый). Вычисляем их:
, .
Таким образом, все окаймляющие миноры третьего порядка оказались равными нулю. Ранг матрицы А равен двум.
Пример 2.9. Найти ранг матрицыи привести ее к каноническому виду.
Решение. Из второй строки вычтем первую и переставим эти строки:
.
Теперь из второй и третьей строк вычтем первую, умноженную соответственно на 2 и 5: ;
из третьей строки вычтем первую; получим матрицу , которая эквивалентна матрицеА, так как получена из нее с помощью конечного множества элементарных преобразований. Очевидно, что ранг матрицыВравен 2, а следовательно, иr(A)=2. МатрицуВлегко привести к канонической. Вычитая первый столбец, умноженный на подходящие числа, из всех последующих, обратим в нуль все элементы первой строки, кроме первого, причем элементы остальных строк не изменяются. Затем, вычитая второй столбец, умноженный на подходящие числа, из всех последующих, обратим в нуль все элементы второй строки, кроме второго, и получим каноническую матрицу:.