- •Практикум по линейной алгебре
- •Тема 3. Действия с матрицами. Метод обратной матрицы для решения слау. Действия с матрицами
- •Действия с матрицами
- •1. Вынесение минуса из матрицы (внесение минуса в матрицу).
- •2. Умножение матрицы на число.
- •3. Транспонирование матрицы
- •5. Умножение матриц.
- •6. Нахождение обратной матрицы.
- •Алгебраические дополнения и миноры. Теоретическая справка.
- •2) Находим матрицу миноров
- •3) Находим матрицу алгебраических дополнений
- •4) Находим транспонированную матрицу алгебраических дополнений .
- •5) Ответ.
- •1) Находим определитель матрицы.
- •2) Находим матрицу миноров
- •3) Находим матрицу алгебраических дополнений
- •4) Находим транспонированную матрицу алгебраических дополнений .
- •5) Ответ:
- •Метод обратной матрицы
1) Находим определитель матрицы.
Здесь определитель раскрыт по первой строке.
Проверка. , а значит, обратная матрица существует.
2) Находим матрицу миноров
Матрица миноров имеет размерность «три на три» .
Здесь подробно рассмотрено нахождение одного минора:
Рассмотрим следующий элемент матрицы: МЫСЛЕННО вычеркиваем строку и столбец, в котором находится данный элемент:
Оставшиеся четыре числа записываем в определитель «два на два» Этот определитель «два на два» и является минором данного элемента. Его нужно вычислить: Записываем полученное значение в матрицу миноров: Остальные миноры вычислить самостоятельно.
Окончательный результат: – матрица миноров соответствующих элементов матрицы .
То, что все миноры получились отрицательными – чистая случайность.
3) Находим матрицу алгебраических дополнений
В матрице миноров необходимо СМЕНИТЬ ЗНАКИ строго у следующих элементов: В данном случае: – матрица алгебраических дополнений соответствующих элементов матрицы .
4) Находим транспонированную матрицу алгебраических дополнений .
– транспонированная матрица алгебраических дополнений соответствующих элементов матрицы .
5) Ответ:
Проверка:
Также существует несколько другой подход к нахождению обратной матрицы. Справа к матрице приписывается единичная матрица и выполняются преобразования по методу Гаусса. В итоге слева будет получена единичная матрица, а справа как раз необходимая нам обратная.
Рекомендуется вычислять обратную матрицу с помощью первого способа, так как гораздо меньше вероятность запутаться в вычислениях и знаках.
Метод обратной матрицы
Пример. Решить систему матричным методом
Решение: Запишем систему в матричной форме: , где
Комментарий. Если бы в уравнениях отсутствовали некоторые переменные, то на соответствующих местах в матрице нужно было бы поставить нули.
Решение системы найдем по формуле
.
Согласно формуле нам нужно найти обратную матрицу и выполнить матричное умножение .
Обратную матрицу найдем по формуле: , где – транспонированная матрица алгебраических дополнений соответствующих элементов матрицы .
Сначала разбираемся с определителем:
Здесь определитель раскрыт по первой строке.
Внимание! Если , то обратной матрицы не существует, и решить систему матричным методом невозможно. В этом случае система решается методом исключения неизвестных (методом Гаусса).
Теперь нужно вычислить 9 миноров и записать их в матрицу миноров
В ходе решения расчет миноров лучше расписать подробно:.
Порядок расчета миноров совершенно не важен, здесь они вычислены слева направо по строкам. Можно было рассчитать миноры по столбцам.
Таким образом:
– матрица миноров соответствующих элементов матрицы .
– матрица алгебраических дополнений.
– транспонированная матрица алгебраических дополнений.
Теперь записываем обратную матрицу:
Ни в коем случае не вносим в матрицу, это серьезно затруднит дальнейшие вычисления. Деление нужно было бы выполнить, если бы все числа матрицы делились на 60 без остатка. А вот внести минус в матрицу в данном случае очень даже нужно, это, наоборот – упростит дальнейшие вычисления.
Осталось провести матричное умножение.
Обратите внимание, что деление на 60 выполняется в последнюю очередь. Ответ:
Пример. Решить систему с помощью обратной матрицы.
Действуем по алгоритму: