- •Введение
- •§1. Матрицы и действия с ними
- •§2. Определители
- •§3. Обратная матрица
- •§4. Крамеровские системы линейных уравнений
- •§5. Ранг матрицы
- •§6. Однородные системы
- •§7. Системы линейных уравнений: общий случай
- •§9. Собственные векторы и собственные значения матрицы
- •Контрольная работа № 1
- •Контрольная работа № 2
- •Тестовые задания
- •Образец решения контрольной работы для обучающихся по заочной форме
- •Требования к экзамену по разделу «Линейная алгебра»
- •Библиографический список
1 |
2 |
|
9. Найдите произведение (1 2) |
|
. |
|
3 |
|
1 |
|
10.(AB)T − ?
11.Какие матрицы называются перестановочными?
§2. Определители
Понятие «определитель» или «детерминант» вводится только
для квадратных матриц. Определитель |
матрицы |
|
A |
|
обозначается |
||||||||||||||||
det A, |
|
A |
|
: |
|
det A = |
|
a11 a1n |
|
. |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
an1 |
Д |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ann |
|
|
|
|
|
|
|
||
Определитель квадратной матрицы – это число, которое мо- |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
жет быть вычислено по её элементам в соответствииИ |
со следующим |
||||||||||||||||||||
определением. |
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Определение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
1. Определителем матрицы первого порядка называется единст- |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
венный элемент этой матрицы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Если A = (3), тогда |
A |
= 3; если A = (− 5), тогда |
|
A |
= −5. |
||||||||||||||||
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a11 |
a1n |
порядка n >1 на- |
|||||||
2. Определителем матрицы A = |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
an1 |
ann |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
зывается число det A = ∑ (−1)k+i aik Mik |
(прил. 3). |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
k=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Здесь i − произвольное целое число от 1 до n; |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
Mik − определитель порядка |
(n −1), полученный из матрицы A |
||||||||||||||||||||
вычёркиванием i-й строки и k-го столбца. |
(n −1) |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Mik называется минором порядка |
матрицы A, соответ- |
||||||||||||||||||||
ствующим элементу aik .
Алгебраическим дополнением элемента aik называется число
12
Aik = (−1)i +k Mi k .
Таким образом, правило вычисления определителя можно сформулировать как разложение определителя по элементам i-й
строки: определитель матрицы равен сумме произведений элементов произвольной строки на их алгебраические дополнения:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
det A = |
∑ aik Aik . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k =1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Применим определение определителя к матрицам порядков вто- |
||||||||||||||||||||||||||||||
рого и третьего: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a11 |
|
a12 |
= a a − a a . |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
Д |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a21 |
|
a22 |
|
порядка вычислимИ, разложив по элемен- |
||||||||||||||||
Определитель третьего |
||||||||||||||||||||||||||||||
там первой строки: |
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
a11 |
a12 |
a13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
a22 |
|
a23 |
|
|
|
a21 |
a23 |
|
|
|
a21 |
a22 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
a |
|
a |
|
a |
|
|
и |
|
|
|
− a |
|
|
|
|
+ a |
|
|
|
|
. |
||||||||
|
|
21 |
|
|
22 |
|
23 |
|
11 |
a32 |
А12 |
a31 |
a33 |
|
13 |
a31 |
a32 |
|
||||||||||||
|
a31 a32 a33 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Пример. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
2 |
1 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
−С1 −1 0 |
= 2 |
−1 0 |
|
−1 |
−1 0 |
+ 3 |
−1 −1 |
= |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
3 |
1 |
|
|
|
3 |
1 |
|
|
|
2 |
1 |
|
|
2 |
3 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
= 2(−1− 0)−1(−1− 0) + 3(− 3 − (− 2))= −2 +1− 3 = −4 .
Определители третьего порядка можно вычислять по правилу Сарруса (или правилу треугольников). Определитель матрицы третьего порядка можно найти как сумму шести слагаемых.
Первые три слагаемых получим, перемножив выделенные элементы матрицы:
13
|
a11 |
a12 |
a13 |
|
a |
a |
a |
|
a |
a |
a |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
||||||||||
|
a21 |
a22 |
a23 |
|
11 |
12 |
13 |
|
11 |
12 |
13 |
|
|
1) |
; 2) |
a |
a |
a |
; 3) |
a |
a |
a |
|
. |
|||
a31 |
a32 |
a33 |
a |
a |
a |
a |
a |
a |
|
||||
|
|
|
|
|
21 |
22 |
23 |
|
21 |
22 |
23 |
|
|
|
|
|
|
|
31 |
32 |
33 |
|
31 |
32 |
33 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ещё три слагаемых получим как произведение выделенных элементов, взятых с противоположным знаком:
4) |
|
a11 |
|
a12 |
a13 |
|
; 5) |
|
a11 |
a12 |
a13 |
|
; 6) |
|
a11 |
a12 |
a13 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
a21 |
a22 |
a23 |
|
|
a21 |
a22 |
a23 |
|
|
a21 |
a22 |
a23 |
|
. |
||||||
|
|
|
a31 |
a32 |
a33 |
|
|
|
a31 |
a32 |
a33 |
|
|
|
|
a31 |
a32 |
a33 |
|
|
|
|
|
Пример. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
|
|
||||
|
2 |
1 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
= 2(−1) 1+1 |
|
|
Д |
3 − 3 0 2 − (−1) 1 1 = |
||||||||||||||||
|
−1 −1 0 |
|
|
||||||||||||||||||
|
0 2 + (−1) 3 |
3 |
− 2(−1) |
||||||||||||||||||
|
2 |
3 |
1 |
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
||||
= −2 + 0 − 9 + 6 |
− 0 +1 = −4. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Свойства определителей |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
1. Для любой матр цы |
A порядка n |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
иdet A = ∑n |
(−1)k + j ak j M k j |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k =1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(определительСможно вычислять разложением |
по |
произвольному |
|||||||||||||||||||
столбцу j). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2.det A = det AT (строки и столбцы определителя равноправны).
3.Если в квадратной матрице поменять местами какие-либо две строки (или два столбца), то определитель изменит знак, не изменившись по абсолютной величине.
4.Если i-й столбец (строка) матрицы A есть линейная комбина-
ция столбцов (строк) P и Q, т.е. имеет вид α P + β Q , то det A = α det AP + β det AQ ,
14
где матрицы AP и AQ получаются из A заменой i-го столбца (строки)
соответственно на P и Q [линейность определителя по столбцу (стро-
ке)].
5. Если в матрице A столбцы (строки) линейно зависимы, то det A = 0.
6.Определитель матрицы не изменится, если к какой-либо его строке прибавить линейную комбинацию остальных строк. То же верно и для столбцов.
7.det(AB)= det(BA)= det Adet B .
Задачи для самостоятельного решения
1. Найти определители: |
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
2 |
3 |
|
|
|
|
sinα |
cosα |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
а) |
|
|
; б) |
|
; |
|
Д |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
1 |
4 |
|
|
|
|
− cosα |
sinα |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
1+ |
|
|
2 − |
|
|
|
|
|
|
x −1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
в) |
|
|
|
2 |
3 |
|
|
; г) |
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x3 |
x2 + x |
+1 |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
2 + 3 1− 2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
2. Решить уравнен е |
|
|
|
xА5x |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
1 |
|
= −6 . |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
3. Решить неравенства: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
2x |
|
|
|
3x |
|
|
|
|
|
x − 2 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
а) |
|
|
|
|
|
|
|
< −1; б) |
|
> 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
− 5 |
|
3x − 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7x |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
4. Найти определители: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
а) |
|
1 |
1 1 |
|
; б) |
|
6 − 3 2 |
|
; в) |
|
1 1 1 |
|
; г) |
|
3 − 2 4 |
|
. |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
−1 0 1 |
|
|
7 0 |
4 |
|
|
1 2 3 |
|
|
− 2 −1 5 |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
−1 −1 0 |
|
|
|
|
|
|
6 5 − 2 |
|
|
|
|
|
1 3 6 |
|
|
|
− 4 − 3 7 |
|
|
|||||||||||
15
5. Вычислить, используя свойства определителя:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15754 |
15764 |
52803 |
|
. |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
46258 46278 −18273 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
46258 |
46278 |
−18274 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
6. |
Вычислить определители: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
1 |
2 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
5 |
3 |
2 |
− 4 |
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
3 |
2 |
3 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 − 5 4 |
6 |
|
|
|
|
2 3 4 1 |
|
||||||||||||
а) |
|
0 4 3 4 0 |
|
|
; б) |
; в) |
|
. |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
− 5 |
3 |
− 2 |
|
|
3 |
4 |
1 |
2 |
|
||
|
|
|
0 |
0 |
5 |
4 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
0 |
0 |
0 |
6 |
5 |
|
|
|
3 |
2 |
−1 |
0 |
|
|
|
4 |
1 |
2 |
3 |
|
|||
Ответы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1. |
|
а) 5; б) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
1; в) − 2; г) −1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
2. |
1; 6. |
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
4. |
а) 1; |
|
б) |
−164 ; |
в) 1; |
г) 44. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
А. |
|
|
Вопросы |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
задан я для самопроверки [1,2,3,4,5,6] |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
1. |
Дайте определен е м нора элемента ai j |
квадратной матрицы |
|||||||||||||||||||||||
2. |
|
|
Что называется алгебраическим дополнением элемента ai j |
||||||||||||||||||||||
квадратной матрицы А ? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
3. |
Сформулируйте определение определителя матрицы порядка |
||||||||||||||||||||||||
n. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.Как изменится определитель, если в нем поменять местами 1-й и 2-й столбцы?
5.Как изменится определитель, если к его первой строке прибавить вторую с коэффициентом 3?
6.Как изменится определитель, если все элементы второго столбца умножить на 2?
7.Как изменится определитель, если матрицу А транспониро-
вать?
16
