Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...
Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...
Топ:
Оснащения врачебно-сестринской бригады.
Проблема типологии научных революций: Глобальные научные революции и типы научной рациональности...
Интересное:
Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным...
Уполаживание и террасирование склонов: Если глубина оврага более 5 м необходимо устройство берм. Варианты использования оврагов для градостроительных целей...
Влияние предпринимательской среды на эффективное функционирование предприятия: Предпринимательская среда – это совокупность внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на функционирование фирмы...
Дисциплины:
2017-12-20 | 1110 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
ЛЕКЦИЯ 1.1. МАТРИЦЫ И ОПРЕДЕЛИТЕЛИ
Впервые понятие матрица появилось в середине 19-го века в работах У.Гамильтона, А. Кели и Дж. Сильвестра. Основы теории матриц созданы К.Вейерштрассом и Г.Фробениусом во второй половине 19 - го – начале 20 - го вв. Современное обозначение матрицы (две вертикальные черты) ввел А.Кели в 1848 г.
"Матричный" язык, обозначения и матричные вычисления широко используются в современной математике и её приложениях.
Основные области применения матричной алгебры:
- математика (решение систем линейных уравнений, линейное программирование, теория собственных значений, теория вероятностей …);
- теоретическая электротехника (исследование малых колебаний электрических систем…);
- физика (механика, математическая физика, квантовая механика …).
Понятие матрицы
Определение. Совокупность выражений, расположенных в виде прямоугольной таблицы из m строк и n столбцов, называется матрицей размера .
Обозначение матрицы А размера :
(1)
Выражения , из которых составлена матрица, называются элементами матрицы, первый индекс i соответствует номеру строки, второй индекс j – номеру столбца, на пересечении которых стоит элемент.
Элементами матрицы могут быть: числа (в этом случае говорят о числовых матрицах) и другие математические объекты (векторы, многочлены, дифференциалы и даже матрицы)
Другие обозначения матрицы:
.
Также используются краткие обозначения: (), [ ] или || ||.
Иногда матрицы обозначают просто заглавными латинскими буквами A = (). Когда хотят указать размер матрицы, пишут или .
Примеры матриц:
; ; ; .
Частные виды матриц
Если m = n, т.е. число строк равно числу столбцов, то матрица называется квадратной матрицей порядка n.
|
Вид квадратной матрицы:
(2)
Квадратная матрица называется
верхней треугольной матрицей, если для всех i > k;
нижней треугольной матрицей, если для всех i < k.
Матрица размером 1хn, состоящая из одной строки, называется матрицей-строкой (вектор-строкой)
или A = ()1xn. (3)
Матрица размером mx1, состоящая из одного столбца, называется матрицей-столбцом (вектор-столбцом)
или A = ()mx1 (4)
Матрица, все элементы которой равны нулю, называется нулевой матрицей и обозначается 0 или (0)mxn (в алгебре матриц эта матрица играет роль нуля).
Квадратная матрица, в которой отличны от нуля только элементы, стоящие на главной диагонали, называется диагональной ( для всех ).
(5)
Диагональная матрица, в которой все элементы главной диагонали – единицы, называется единичной матрицей и обозначается символом E (в алгебре матриц эта матрица играет роль единицы).
или , где . (6)
ОПРЕДЕЛИТЕЛИ
Понятие определителя
Понятие "определитель" впервые было введено Г.Лейбницем при решении систем линейных уравнений (1693г.). В 1750 г. метод определителей был вновь разработан Г.Крамером, затем дополнен А.Вандермондом (1772г.). Термин "определитель" в современном его значении ввел О.Коши (1815 г.), а обозначения – вертикальные линии – А.Кели.
Приложения определителей:
- математика (векторная алгебра, аналитическая геометрия, линейная алгебра…)
- электротехника (расчет электрических цепей…)
- физика.
Каждой квадратной матрице А порядка n можно однозначно поставить в соответствие число, которое называется определителем (детерминантом) матрицы А и обозначается:
(1)
По определению определитель n-го порядка матрицы А равен алгебраической сумме n! произведений, в каждое из которых входит только по одному элементу из каждой строки и каждого столбца матрицы А.
Вычисление определителей
Определители 2-го порядка
Определение. Определителем второго порядка называется число, вычисляемое по формуле:
|
. (2)
Мнемоническое правило для вычисления определителей 2-го порядка: определитель равен произведению главных диагональных элементов минус произведение побочных диагональных элементов.
Приведенное правило можно проиллюстрировать рисунком:
– +
Пример 1.
1. Вычислить определитель: .
Решение:
2. Решить уравнение:
Решение:
Определители 3-го порядка
Определение. Определителем третьего порядка называется число, вычисляемое по формуле:
(3)
Мнемонические правила для вычисления определителей 3-го порядка:
Правило треугольников
+ –
Правило Саррюса
– +
– – – + + +
Пример 2. Вычислить определитель третьего порядка .
Решение.
Свойства определителей
Определитель не изменится, если поменять в нем местами строки и столбцы, т.е. транспонировать определитель.
Например: .
Для доказательства достаточно вычислить левые и правые части и сравнить их.
Замечание. Из свойства 1 следует равноправность строк и столбцов определителя. Поэтому все свойства, сформулированные для строк определителя, верны и для столбцов, и наоборот.
Перестановка двух строк или двух столбцов определителя меняет лишь знак определителя.
Например.
.
Свойство доказывается аналогично предыдущему.
Если определитель имеет две одинаковые строки или два одинаковых столбца, то он равен нулю.
Доказательство: из условия равенства строк (столбцов) и свойству 2 следует D = – D, т.е. 2D = 0, или D = 0.
Например. .
Умножение всех элементов одного столбца или одной стоки определителя на одно и то же число k равносильно умножению определителя на это число, или: общий для всех элементов строки или столбца множитель можно выносить за знак определителя.
Например:
.
Если все элементы какого-либо столбца или строки равны нулю, то и сам определитель равен нулю.
Это свойство следует из предыдущего при k = 0.
Если элементы двух столбцов или двух строк определителя пропорциональны, то определитель равен нулю.
Доказательство: Пусть или и .
Обобщим свойства 3, 5 и 6:
Определитель равен нулю тогда и только тогда, когда:
a) Две строки или два столбца определителя равны друг другу;
b) Одна строка или один столбец определителя состоят из нулей;
c) Две строки или два столбца определителя пропорциональны друг другу.
|
При сложении двух определителей, различающихся только одной строкой (или столбцом), соответствующие элементы этой строки (столбца) складываются, т.е. справедливо следующее равенство:
.
Равенство проверяется вычислением левой и правой частей.
Определитель не изменится, если к элементам некоторой строки (столбца) прибавить соответствующие элементы другой строки (столбца), умноженные на одно т то же число. Или: прибавление кратного к-ой строки к i-ой строке не изменяет значения определителя (i¹k).
Например:
.
Пользуясь свойствами определителей, можно избежать лишних вычислений.
Например:
, по свойству 6, так как элементы 1-ой и 2-ой строки пропорциональны.
Обратная матрица
Понятие обратной матрицы используют при решении систем линейных уравнений.
Определение. Обратной матрицей по отношению к квадратной матрице А порядка n называется матрица А-1 порядка n, удовлетворяющая равенству:
(1)
Вычисление обратной матрицы.
Если detA ¹ 0, то обратную матрицу можно вычислить по формуле:
, (2)
где
- detA – определитель матрицы А;
- – присоединенная матрица;
- * – знак операции транспонирования.
Определение. Присоединенной матрицей называется матрица, составленная из алгебраических дополнений элементов аij, т.е. матрица вида:
, (3)
где Аij–алгебраические дополнения элементов аij матрицы А.
Порядок вычисления обратной матрицы:
- Вычислить определитель матрицы detA;
- Составить присоединенную матрицу ;
- Транспонировать матрицу (получить матрицу *);
- Записать обратную матрицу по формуле .
Пример 1. Вычислить обратную матрицу для матрицы .
Решение:
1. Вычислим определитель матрицы:
.
2. Составим присоединенную матрицу:
.
3. Транспонируем матрицу :
.
4. Вычислим А-1:
.
Замечание. Из правила вычисления обратной матрицы следует условие её существования: обратная матрица существует, если определитель матрицы не равен нулю (матрица невырожденная).
Определение. Квадратная матрица, определитель которой равен нулю, называется вырожденной матрицей, вырожденная матрица называется также особенной.
Ранг матрицы
|
Вычисление ранга матрицы
Перечислим основные способы вычисления ранга матрицы:
1. Простой перебор определителей.
2. Метод окаймляющих миноров.
3. Метод элементарных преобразований – приведение с помощью элементарных преобразований матрицы А к трапециевидной матрице А¢ того же ранга.
Метод окаймляющих миноров
Пусть в матрице найден минор к-го порядка М, отличный от нуля. Рассмотрим лишь те миноры (к+1)-го порядка, которые содержат в себе (окаймляют) минор М: если все они равны нулю, то ранг матрицы равен к. В противном случае среди окаймляющих миноров найдется ненулевой минор (к+1)-го порядка, и вся процедура повторяется.
Пример 3. Найти ранг матрицы .
Решение.
Фиксируем минор 2-го порядка, отличный от нуля:
.
Минор 3-го порядка, окаймляющий минор М2, также отличен от нуля:
.
Однако, оба минора 4-го порядка, окаймляющие М3, равны нулю:
М4 = , М4 = .
Поэтому ранг матрицы равен трем (r = 3).
Ответ: r = 3
Метод элементарных преобразований
Метод элементарных преобразованийоснован на том факте, что элементарные преобразования не меняют её ранга. Используя эти преобразования, любую матрицу можно привести к трапециевидному виду, или к такому виду, когда все её элементы, кроме главных диагональных элементов , равны нулю.
Удобно, когда главные диагональные элементы трапециевидной матрицы равны единице, т.е. трапециевидная матрица имеет вид:
.
Тогда ранг матрицы равен числу главных диагональных элементов (в данном случае – единиц), отличных от нуля.
Пример 4. Найти ранг матрицы .
Решение.
Приведем исходную матрицу к трапециевидной форме.
® ® ® ® .
Число единиц, стоящих на главной диагонали полученной трапециевидной матрицы равно двум, следовательно, ранг этой матрицы равен двум, таков же и ранг исходной матрицы, т.е. r = 2.
Ответ: r = 2.
Литература по теме:
а) основная
1. Кремер Н.Ш. Высшая математика для экономического бакалавриата: учебник и практикум. М.: Юрайт, 2014. – 909 с. (ЭБС ЮРАЙТ. – https://www.biblio-online.ru/viewer/EDF405ED-E895-42DE-9744-ED48C83187DC#/).
б) дополнительная
2. Красс М.С. Математика в экономике. Базовый курс. М.: Юрайт, 2015. – 471 с. (ЭБС ЮРАЙТ. – https://www.biblio-online.ru/viewer/8BD2AC05-D7E3-4B22-844C-3DC3D6F52A1B#/).
ЛЕКЦИЯ 1.1. МАТРИЦЫ И ОПРЕДЕЛИТЕЛИ
Впервые понятие матрица появилось в середине 19-го века в работах У.Гамильтона, А. Кели и Дж. Сильвестра. Основы теории матриц созданы К.Вейерштрассом и Г.Фробениусом во второй половине 19 - го – начале 20 - го вв. Современное обозначение матрицы (две вертикальные черты) ввел А.Кели в 1848 г.
"Матричный" язык, обозначения и матричные вычисления широко используются в современной математике и её приложениях.
Основные области применения матричной алгебры:
- математика (решение систем линейных уравнений, линейное программирование, теория собственных значений, теория вероятностей …);
|
- теоретическая электротехника (исследование малых колебаний электрических систем…);
- физика (механика, математическая физика, квантовая механика …).
Понятие матрицы
Определение. Совокупность выражений, расположенных в виде прямоугольной таблицы из m строк и n столбцов, называется матрицей размера .
Обозначение матрицы А размера :
(1)
Выражения , из которых составлена матрица, называются элементами матрицы, первый индекс i соответствует номеру строки, второй индекс j – номеру столбца, на пересечении которых стоит элемент.
Элементами матрицы могут быть: числа (в этом случае говорят о числовых матрицах) и другие математические объекты (векторы, многочлены, дифференциалы и даже матрицы)
Другие обозначения матрицы:
.
Также используются краткие обозначения: (), [ ] или || ||.
Иногда матрицы обозначают просто заглавными латинскими буквами A = (). Когда хотят указать размер матрицы, пишут или .
Примеры матриц:
; ; ; .
Частные виды матриц
Если m = n, т.е. число строк равно числу столбцов, то матрица называется квадратной матрицей порядка n.
Вид квадратной матрицы:
(2)
Квадратная матрица называется
верхней треугольной матрицей, если для всех i > k;
нижней треугольной матрицей, если для всех i < k.
Матрица размером 1хn, состоящая из одной строки, называется матрицей-строкой (вектор-строкой)
или A = ()1xn. (3)
Матрица размером mx1, состоящая из одного столбца, называется матрицей-столбцом (вектор-столбцом)
или A = ()mx1 (4)
Матрица, все элементы которой равны нулю, называется нулевой матрицей и обозначается 0 или (0)mxn (в алгебре матриц эта матрица играет роль нуля).
Квадратная матрица, в которой отличны от нуля только элементы, стоящие на главной диагонали, называется диагональной ( для всех ).
(5)
Диагональная матрица, в которой все элементы главной диагонали – единицы, называется единичной матрицей и обозначается символом E (в алгебре матриц эта матрица играет роль единицы).
или , где . (6)
|
|
Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...
Своеобразие русской архитектуры: Основной материал – дерево – быстрота постройки, но недолговечность и необходимость деления...
История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...
Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!