- •Аналитическая геометрия и высшая алгебра
- •Глава 1. Матрицы и определители §1. Матрицы. Основные определения.
- •§2. Линейные операции над матрицами.
- •§3. Линейная зависимость строк и столбцов.
- •§4. Определитель матрицы.
- •§5. Свойства определителя.
- •§6. Приведение к диагональному виду.
- •§7. Миноры произвольного порядка. Теорема Лапласа.
- •§8. Перестановки.
- •§9. Формула полного разложения определителя по элементам матрицы.
- •§10. Системы линейных уравнений. Правило Крамера.
- •§11. Ранг матрицы.
- •§12. Умножение матриц.
- •§13. Обратная матрица.
- •§14. Решение системы линейных уравнений с помощью обратной матрицы.
- •§15. Ортогональная матрица.
- •Задания для самостоятельного решения.
- •Глава 2. Комплексные числа и многочлены §1. Комплексные числа. Операции над ними.
- •§2. Тригонометрическая форма комплексного числа.
- •§3. Многочлены.
- •§4. Комплексные матрицы.
- •Глава 3. Векторные пространства
- •§1. Векторное пространство. Линейная зависимость векторов
- •§2. Базис и координаты в векторном пространстве
- •§3. Преобразование координат
- •§4. Евклидово векторное пространство. Неравенство Коши-Буняковского
- •§5. Ортонормированный базис. Процесс ортогонализации. Матрица Грамма.
- •§6. Векторные подпространства. Ортогональное дополнение.
- •Глава 4. Системы линейных уравнений §1. Теорема Кронекера-Капелли. Нахождение решения.
- •§2. Однородная система линейных уравнений. Фундаментальная система решений.
- •§3. Общее решение неоднородной системы линейных уравнений.
- •§4. Примеры решения задач.
- •Советы по поводу особых ситуаций.
- •Задания для самостоятельного решения.
- •Глава 5. Линейные операторы §1. Понятие линейного оператора. Его матрица, ранг и дефект.
- •§2. Действия над линейными операторами.
- •§3. Изменение матрицы линейного оператора при замене базиса.
- •§4. Собственные числа и собственные векторы линейного оператора
- •§5. Линейные операторы в евклидовом пространстве
- •Глава 6. Билинейные функции и квадратичные формы §1. Линейные функции
- •§2. Билинейные функции
- •§3. Приведение квадратичной формы к диагональному и каноническому виду
- •§4. Одновременное приведение двух квадратичных форм к диагональному виду
- •§5. Пространство Минковского m4.
- •Глава 7. Элементы теории групп §1. Понятие группы. Примеры.
- •§2. Группа преобразований плоскости Минковского.
- •Используемые сокращения
- •Алфавитный указатель Литература
§7. Миноры произвольного порядка. Теорема Лапласа.
Пусть A – произвольная, не обязательно квадратная, матрица. Выберем в ней произвольные s строк с номерами i1, i2,…, is и столько же столбцов с номерами j1, j2,…, js. При этом номера строк и столбцов выбираем в порядке возрастания. На пересечении выбранных строк и столбцов находится квадратная матрица, определитель которой обозначим
Li1i2…is; j1 j2… js . (1.8)
Мы будем называть это число минором, расположенным в строках с номерами i1, i2,…, is и столбцах с номерами j1, j2,…, js. В матрице из примера 2
L24;23 = .
Если матрица A квадратная, то каждому минору вида (6) соответствует дополнительный минор
Mi1i2…is; j1 j2… js .
Это есть определитель матрицы порядка ns, которая получается из матрицы A вычёркиванием выбранных строк и столбцов. Алгебраическим дополнением к минору (5) называется величина
M; ¯i1i2…is; j1 j2… js = (1)i1+i2+…+is+j1 +j2+…+jsMi1i2…is; j1 j2… js .
Другими словами, мы добавляем к дополнительному минору знак минус, в том случае, когда сумма номеров всех выбранных строк и столбцов нечётна. В матрице из примера 2
M24;23 = .
Теорема Лапласа. Выберем в квадратной матрице s номеров строк и составим произведения всех миноров, расположенных в выбранных сроках на их алгебраические дополнения. Определитель рассматриваемой матрицы равен сумме всех составленных произведений.
Определение. Матрица называется распавшейся, если её можно разбить на 4 матрицы следующим образом
, (1.9)
где B и C – квадратные матрицы. Полураспавшейся называется матрица вида
или , (1.9)
где B и C – квадратные матрицы.
Следствие из теоремы Лапласа. Если A – распавшаяся или полураспавшаяся матрица вида (1.9) или (1.9), то detA=detB·detC.
Пример.
= ·
§8. Перестановки.
Определение. Пусть A={a1, a2,…, an} – произвольное множество. Перестановкой множества A называется любой порядок расположения элементов этого множества.
Общее количество перестановок множества, состоящего из n элементов, обозначим Pn.
Теорема 1.1. Pn=n!=1·2·3·…·n (n! читается так: «эн факториал»).
Доказательство. По индукции. Пусть множество A состоит из одного элемента: A={a}. Очевидно, что существует только одна перестановка этого множества равенство P1=1! верно.
Пусть теперь мы знаем, чтоPn1=(n1)!, а множество A состоит из n элементов. Для того, чтобы создать перестановку, необходимо сначала выбрать тот элемент, который будет первым. Сделать это можно n различными способами. После этого у нас остаётся n1 элемент, и расположить их сзади первого элемента можно (n1)! способами согласно предположению индукции. Таким образом, общее количество способов расположения равно n·(n1)!= n!.
Каждой перестановке (ai1, ai2,…, ain ) элементов множества A={a1, a2,…, an} однозначно соответствует перестановка (i1, i2,…, in) их номеров. Поэтому в дальнейшем будем говорить только про перестановки множества {1, 2,…, n} натуральных чисел.
Определение. Пусть (p1, p2,…, pn) – произвольная перестановка. Говорим, что пара (pi, pj) образует инверсию, если i<j, но pi>pj (то есть бóльшее число стоит раньше).
Общее количество инверсий в перестановке (p1, p2,…, pn) обозначим I(p1, p2,…, pn). Если это число чётно (нечётно), то перестановка называется чётной (нечётной).
Пример. I(4, 2, 1, 5, 3)=5, т.к. в данной перестановке мы имеем следующие инверсии: (4, 2), (4, 1), (4, 3), (2, 1), (5, 3).
Предложение 3. Если в перестановке поменять местами два числа, то её чётность изменится.
Доказательство. Предположим сначала, что меняются местами два соседних числа pi и pi+1. Если pi<pi+1, Тогда у нас сохранятся все инверсии, в которых участвует только одно из этих чисел. Если pi<pi+1, то у нас появится одна новая инверсия (pi+1, pi), а если pi>pi+1, то у нас исчезнет одна инверсия (pi, pi+1). В любом случае общее количество инверсий изменится на 1, а значит, чётность перестановки изменится.
Предположим теперь, что меняются местами произвольные числа pi и pi+к. Между ними находится k1 чисел
pi+1,…, pi+к1. (1.10)
Мы сначала будем перемещатьpi назад поочерёдно меняя его с каждым из чисел (1.10), пока оно не окажется перед pi+к. Теперь pi и pi+к стали соседними. Мы меняем их местами, и затем, перемещаем pi+к вперёд, меняя поочерёдно с каждым из элементов (1.10) в обратном порядке. В итоге мы поменяем pi и pi+к местами и совершим нечётное количество 2(k1) +1 перестановок соседних элементов. Каждая из таких перестановок меняла чётность. В итоге чётность нашей перестановки изменится.