Теорема 2: Сумма произведений элементов некоторой строки квадратной матрицы А на алгебраические дополнения соответствующих элементов другой строки равна нулю.
Теорема 100: Определитель, в котором все элементы одной из строк (столбцов), кроме одного, равны нулю равен произведению этого ненулевого элемента на его алгебраическое дополнение.
Пример 1 Найти определитель матрицы A:
Решение:
Задачи для решения
1 Найдите определитель 2-го порядка:
а) ; б)
; в)
; г)
;
д) ; е)
.
2 Найдите определитель 3-го порядка:
а) ; б)
; в)
;
г) ; д)
; е)
ж) ; з)
; и)
;
к) л)
м)
3 Найдите определитель 4-го порядка:
а) б)
в)
г)
д) е)
4 Найдите определитель 5-го порядка:
а) б)
в)
5 Решите уравнения, пользуясь соответствующими свойствами определителя (не применяя правило Саррюса):
а) б)
в)
г) д)
е)
6 Вычислить определители, разложив их по элементам строки (столбца), содержащей буквы:
а) б)
в)
7 Путем разложения по элементам третьей строки вычислить:
а) ; б)
; в)
Тема 3 Обратная матрица. Вырожденные и невырожденные матрицы. Обратная матрица и ее вычисление. Матричные уравнения
Пусть A – квадратная матрица.
Матрица B называется обратной к матрице A, если
Обратная матрица обозначается A-1 и .
Квадратная матрица обратима тогда и только тогда, когда она невырожденная, то есть её определитель не равен нулю. Для неквадратных матриц и вырожденных матриц обратных матриц не существует.
Уравнение вида называют простейшим матричным уравнением. Если A – квадратная невырожденная матрица, то решением такого уравнения будет матрица
.
Если уравнение имеет вид , то
.
Пример 1 Найти матрицу обратную данной:
Решение
1) Найдем определитель матрицы A.
Следовательно, матрица А невырожденная и имеет себе обратную.
2) Найдем алгебраические дополнения к элементам матрицы A.
3) Запишем A-1:
4) Выполним проверку:
Пример 2 Решить матричное уравнение:
Решение
Задачи для решения
1 Найти матрицу, обратную данной:
а) б)
в)
г)
д)
е) ж)
з)
и)
к) л)
м)
н)
о) п)
.
2 Решите матричное уравнение:
а) б)
в) г)
д) е)
ж) з)
и) к)
.
Раздел 3 Системы линейных уравнений. Методы решения систем линейных уравнений
Тема 1 Решение системы n – линейных уравнений с n неизвестными в матричном виде
Пусть дана система линейных уравнений:
Рассмотрим матрицу, составленную из коэффициентов при неизвестных:
Матрица А коэффициентов при неизвестных называется главной матрицей системы.
Свободные члены и неизвестные можно записать в виде столбцевых матриц:
Тогда, используя правило умножение матриц, эту систему уравнений можно записать так:
или
A·X = B (1)
Равенство (1) называется матричным уравнением или системой уравнений в матричном виде.
Отсюда
Х = B.
Таким образом, чтобы решить систему уравнение, нужно:
1) Найти обратную матрицу .
2) Найти произведение обратной матрицы на матрицу-столбец свободных членов В, т. e. Х =
B.
Пользуясь определением равных матриц, записать ответ.
Пример Решить систему уравнений:
Х = , B =
, A =
Найдем обратную матрицу А-1.
D = =
5
2
2 + (-1)
3
4 + (-1)
1
3 - ((-1)
2
4 + 5
3
3 + 1
(-1)
2) =
= 20 - 12 - 3 - (- 8 + 45 - 2) = 5-35 = -30.
∙
= - 5; A21 =
; A31 =
A12 = A22 =
; A32 =
;
A13 = ∙
; A23 =
A33 =
A-1 = =
;
Cделаем проверку:
A×A-1 = =E.
Находим матрицу Х.
Х = = А-1В =
×
=
.
Проверка:
(верно)
Решением системы является набор (1, 2, 3): x = 1; y = 2; z = 3.
Задачи для решения
1 Решить системы линейных уравнений матричным методом
а) б)
в)
г) д)
е)
2 Решить системы линейных уравнений
а) б)
в) г)
д) е)
Тема 2 Правило Крамера
Рассмотрим систему n линейных алгебраических уравнений с n неизвестными
Обозначим через Δ и Δ j определитель матрицы системы и определители, полученные из определителя Δ заменой j-го столбца столбцом свободных членов системы:
Если определитель матрицы системы отличен от нуля, Δ≠0, то решение системы определяется равенствами:
Пример Решим по правилу Крамера систему трех линейных уравнений с тремя неизвестными.
Запишем матрицу системы, столбец свободных членов и вычислим определитель матрицы системы:
.
Определитель матрицы системы отличен от нуля. Система имеет единственное решение. Вычислим его по формулам Крамера. Для этого найдем определители .
.
.
Проверим:
.
1 Решить систему линейных уравнений по правилу Крамера:
а) б)
в)
г) д)
ж)
з) и)