Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Матем. КР1 для психологов.doc
Скачиваний:
176
Добавлен:
21.02.2016
Размер:
1.6 Mб
Скачать

Матрицы. Операции над матрицами. Матрицы.

Определение. Матрицей размера называется таблица чисел, состоящая изстрок истолбцов. Числа, составляющие матрицу, называются элементами матрицы.

Матрицы обозначаются прописными буквами латинского алфавита (например А, В, С), а элементы матрицы – строчными буквами с двойной индексацией: , где– номер строки,– номер столбца.

Например, матрица ,

или в сокращенной записи , где;.

Виды матриц.

Матрица, состоящая из одной строки, называется матрицей (вектором)–строкой, а из одного столбца – матрицей (вектором)–столбцом: – матрица–строка;

–матрица–столбец.

Матрица называется квадратной -го порядка, если число ее строк равно числу столбцов и равно . Например,– квадратная матрица третьего порядка.

Элементы матрицы , у которых номер строки равен номеру столбца, называютсядиагональными и образуют главную диагональ матрицы.

Если все недиагональные элементы квадратной матрицы равны нулю, то матрица называется диагональной. Например,

–диагональная матрица третьего порядка.

Если у диагональной матрицы -го порядка все диагональные элементы равны единице, то матрица называетсяединичной матрицей -го порядка и она обозначается буквой. Например,– единичная матрица третьего порядка.

Операции над матрицами.

  1. Умножение матрицы на число. Произведением матрицы на число называется матрица , элементы которойдля;.

Например, если , то.

  1. Сложение матриц. Суммой двух матриц иодинакового размераназывается матрица, элементы которойдля;(то есть матрицы складываются поэлементно).

Например: ,,.

  1. Умножение матриц. Умножение матрицы на матрицуопределено, когдачисло столбцов матрицы равно числу строк матрицы . Тогда произведением матрицназывается матрица, каждый элемент которойравен сумме произведений элементов-ой строки матрицына соответствующие элементы-го столбца матрицы:

Пример. Вычислить произведение матриц ,где

; .

Найдем размер матрицы-произведения (если умножение матриц возможно): . Вычислим элементы матрицы. Элементполучается при умножении-ой строки матрицына-ый столбец матрицы.

;;;

;;.

Получаем .

  1. Транспонирование матрицы – переход от матрицы к матрице, в которой строки и столбцы поменялись местами с сохранением порядка. Матрицаназывается транспонированной относительно матрицы.

, .

Из определения следует, что если матрица имеет размер , то транспонированная матрицаимеет размер.

Например: ;.

Определители квадратных матриц

Определитель – это число, характеризующее квадратную матрицу.

Определитель матрицы обозначаетсяили.

Определителем матрицы первого порядка , илиопределителем первого порядка, называется элемент :

. Например, пусть , тогда.

Определителем матрицы второго порядка , илиопределителем второго порядка, называется число, которое вычисляется по формуле:

.

Произведения иназываютсячленами определителя второго порядка. Например, пусть , тогда.

Пусть дана квадратная матрица третьего порядка:

.

Определителем матрицы третьего порядка, или определителем третьего порядка, называется число, которое вычисляется по формуле:

Рис. 1.

Это число представляет собой алгебраическую сумму, состоящую из 6 слагаемых, или 6 членов определителя. В каждое слагаемое входит ровно по одному элементу из каждой строка и каждого столбца матрицы. Знаки, с которыми члены определителя входят в формулу, легко запомнить, пользуясь схемой (рис.1.), которая называется правилом треугольников или правилом Сарруса.

Для вычисления определителей более высоких порядков потребуются некоторые дополнительные понятия.

Пусть дана квадратная матрица n-го порядка.

Минором элемента матрицы n-го порядка называется определитель матрицы (n1)-го порядка, полученной из матрицы вычеркиванием-ой строки и-го столбца.

Например, минором элемента матрицытретьего порядка будет:

Алгебраическим дополнением элемента матрицы n-го порядка называется его минор, взятый со знаком :, т.е. алгебраическое дополнение совпадает с минором, когда сумма номеров строки и столбца (i+j) – четное число, и отличается от минора знаком, когда (i+j) – нечетное число. Например, ;.

Для вычисления определителей квадратных матриц выше третьего порядка пользуются теоремой Лапласа.

Теорема Лапласа. Определитель квадратной матрицы равен сумме произведений элементов любой строки (столбца) на их алгебраические дополнения:

(разложение по элементам i-й строки; );

(разложение по элементам j-го столбца; );

По свойствам определителей, определитель матрицы не изменится, если к элементам любой строки (столбца) матрицы прибавить элементы другой строки (столбца), предварительно умноженные на одно и то же число. Это свойство определителей и теорема Лапласа позволяют существенно упростить вычисление определителей высоких порядков. При вычислении определителей нужно преобразовать исходную матрицу так, чтобы преобразованная матрица имела строку (или столбец), содержащую как можно больше нулей, а потом найти определитель разложением по этой строке (столбцу).

Пример. Вычислить определитель четвертого порядка:

.

Преобразуем матрицу так, чтобы в 3-й строке все элементы, кроме одного, обращались в 0. Для этого умножим элементы 3-го столбца на (-4) и на 2 и прибавим их соответственно к элементам 1-го и 2-го столбцов. Раскладывая полученный определитель по элементам третьей строки, найдем

.

Полученный определитель третьего порядка можно вычислить по правилу треугольников или с помощью теоремы Лапласа, однако, можно продолжить упрощение матрицы. "Обнулим" в матрице третьего порядка элементы 2-ой строки (кроме одного). Для этого элементы третьего столбца матрицы, предварительно умножив на (-13) и на 4, сложим с элементами 1-го и 2-го столбцов соответственно:

.

Раскладывая по элементам второй строки и вынося общие множители, получаем:

.