Краткие теоретические сведения. Квадратной матрицей порядканазывается квадратная таблица из чисел ( , ): , состоящая из строк и
Тема 1. Определители.
Квадратной матрицей порядканазывается квадратная таблица из чисел
(
,
):
, состоящая из
строк и
столбцов. У квадратной матрицы различают главную диагональ:
и побочную диагональ:
. Любой квадратной матрице
порядка
можно поставить в соответствие число
, равное алгебраической сумме
слагаемых, составленных определённым образом из элементов
матрицы
,называемое определителем матрицы. Кратко обозначается
,
.
Определителем 1-ого порядка называется число .
Определителем 2-ого порядка называется число
.
Определителем 3-его порядка называется число
.
Минором элемента называется определитель
, полученный из определителя
вычёркиванием
-ой строки и
-ого столбца.
Алгебраическим дополнением элемента
называется его минор
, взятый со знаком
:
.
Определителем порядка называется число
Разложением определителя по
-ой строке (
) называется соотношение:
.
Разложением определителя по
-ому столбцу (
) называется соотношение:
Определители обладают следующими свойствами:
1) определитель не изменится при замене всех его строк столбцами с теми же номерами;
2) определитель изменит знак на противоположный, если переставить местами любые две строки (два столбца) определителя;
3) общий множитель элементов какой-либо строки (столбца) можно вынести за знак определителя;
4) определитель равен нулю, если он содержит нулевую строку (столбец), две одинаковые или пропорциональные строки (столбца);
5) определитель не изменится, если к какой-либо строке (столбцу) прибавить другую строку (столбец), умноженную на любое число;
6) определитель треугольного вида (когда все элементы, лежащие по одну сторону одной из его диагоналей равны нулю) равен произведению диагональных элементов: .
Тема 2. Матрицы.
Матрицей размера называется прямоугольная таблица из чисел
(
,
):
, состоящая из
строк и
столбцов. Если необходимо указать размеры матрицы, то пишут
.
Если , то матрица
называется квадратной.
Нулевой называется матрица , все элементы которой равны нулю, например:
. Единичной называется квадратная матрица
, на главной диагонали которой стоят единицы, а все остальные элементы равны нулю, например:
. Треугольной называется квадратная матрица
, все элементы которой расположенные по одну сторону от главной диагонали равны нулю, например:
. Трапециевидной (ступенчатой) назовём матрицу
, все элементы которой, расположенные ниже элементов
равны нулю, например:
.
Матрицы и
называются равными и пишут
, если они одинакового размера и их соответствующие элементы равны:
,
,
.
Матрицы можно транспонировать, складывать, вычитать, умножать на число, умножать на другую матрицу.
Транспонированной к матрице называется матрица
, столбцами которой являются соответствующие строки матрицы
.
Суммой (разностью) матриц и
одного размера
, называется матрица
того же размера, для которой:
,
,
.
Произведением матрицы размера
на число
называется матрица
того же размера, для которой:
,
,
.
Произведением матрицы на матрицу
называется матрица
, каждый элемент которой
вычисляется по правилу:
,
,
.
Операция умножения матрицы на матрицу определена не для всех матриц, а только для таких у которых число столбцов левой матрицы равно числу строк правой матрицы
. Такие матрицы называются согласованнымидля умножения. Поэтому прежде чем выполнять данную операцию следует: 1) проверить их согласованность для умножения; 2) определить размерность матрицы-произведения:
. Особенность операции умножения матриц состоит в том, что в общем случае:
..
Элементарными преобразованиями матрицы называются:
1) перестановка строк (столбцов);
2) умножение строки (столбца) на число, отличное от нуля;
3) прибавление к элементам строки (столбца) соответствующих элементов другой строки (столбца), умноженных на любое число;
4) вычёркивание нулевой строки (столбца).
Матрицы и
, полученные одна из другой в результате элементарных преобразований называются эквивалентнымии пишут
.
Обратнойк квадратной матрице порядка
, называется матрица
того же порядка, если:
, где
- единичная матрица порядка
.
Квадратная матрица называется невырожденной, если её определитель
. Обратная матрица всегда существует для невырожденных матриц.
Одним из методов вычисления обратной матрицы является:
Метод присоединённой матрицы. Если -невырожденная матрица, то
, где
- присоединённая матрица, для которой:
, где
. Здесь
- алгебраические дополнения элементов
матрицы
.
В частности, если , то
Матричныминазываются уравнения вида: ,
,
,
где матрицы - известны, матрица
- неизвестна. Если квадратные матрицы
и
- невырожденные, то решения матричных уравнений записываются, соответственно, в виде:
,
,
.
Тема 3. Системы линейных алгебраических уравнений.
…Система уравнений вида: называется системой
линейных уравнений с
неизвестными. Числа
называются коэффициентами,
- свободными членами,
- неизвестными системы.
В матричной форме система имеет вид: ,
где ,
,
. Здесь
-матрица системы,
-матрица-столбец неизвестных,
-матрица-столбец свободных членов.
Если , то система называется однородной, в противном случае неоднородной.