Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Сборник задач по высшей математике

.pdf
Скачиваний:
7375
Добавлен:
03.05.2015
Размер:
5.01 Mб
Скачать

ОАв - ( Ш )

1-я строка матрицы А прикладывается к первому столбцу матрицы В,

соответствующие элементы перемножаются, а произведения складываются

( !Гз+2-бТз"7!

1-4+2-0+3-1

1 - 5+2 - ( - 2)+-3-8 \ _

~ Vl-3+6-6T(-T)-7

1-4+0-0+(—1)-1

1-5+0-(-2) + (

 

_ / 3

6

7

25 \

 

 

- V -

4

з

- з ; -

Произведение В А не существует, так как число столбцов матрицы В не совпадает с числом строк матрицы А (3 ф 2). •

Найти произведения матриц АВ и В А (если они существуют):

1.1.6.

/ 3 \

1 1.1.7. А = (4 0 -2 3 1), В = - 1 5

V2

1.1.8.

1.1.9.

i > * - ( - . V ) -

1.1.10.

1.1.11. Найти значение матричного многочлена /(^4), если f(x) =

= - 2 х 2 + 5ж + 9, А =

q^.

 

 

Q

A 2 - A - A - f1

1-2+20N

/7

2\

^

V 3 ° /

V 3 о у ~ \ 3 - 1 + 0 - 3 3-2+0-0/

\ 3

6 ) '

/(Д) = - М 1 + 5Д + 9Е = - 2 - 0 б ) + 5 ( з о ) + 9

l ) =

10

Найти значение матричного многочлена f(A):

.1.12.

/(») = Зх3

+ х2

+ 2 ,А =

 

Д ) .

 

.1.13.

/(«)

= 2х3 - Зх2

+ 5 , А =

 

 

^.

 

 

 

 

 

/

1

2

0

 

.1.14.

/(х)

= Зх2

- 5х + 2, А=

0

2

-1

 

 

 

 

 

 

2

1

4

 

 

 

 

 

 

 

/ 1 0

0

.1.15.

/(х)

= х3

- 6х2 + 9х + 4, А=

0

2

- l j .

 

 

 

 

 

 

\0

1

4

Проверить, коммутируют ли матрицы А и В:

.1.16.

А = ( 1

Л ) ' 5 = ( - 4

"I 3 )'

 

.1.17.

 

 

* ) , B = ( J

- 1 ) .

 

 

 

 

/ 1

0

0\

/ - 3

О

0>

.1.18.

Л =

0 - 3 0 и В =

0

4 0

 

 

\0

0

2 /

 

0

2У

 

 

1

2

1\

/

2 0

3

.1.19.

Л =

| О

1

3 ] и В = [ -1

2

-4

 

 

1 - 2

4 /

V 4

1

2

.1.20.

Транспонировать матрицу А

 

 

 

 

- ( Л

 

9 -

 

 

О Записывая первую и вторую строки матрицы >1 как пер-

 

вый и, соответственно, второй столбец матрицы

получим

 

матрицу АТ = ^ ^ •

 

 

1.1.21.

(\

2

3\

 

Транспонировать матрицу А =( ^

^

gj .

 

ОТак как у матрицы А две строки и три столбца, то у ма-

/1 4>

трицы Ат будет три строки и два столбца: Ат = I 2

5

\ 3

6>

Транспонировать следующие матрицы:

11

Вычислить произведения ААТ и АТА при заданной матрице А:

 

f1\

 

1.1.24.

А=\1 .

1.1.25.

- 1 i - О -

 

1.1.27.

Привести к ступенчатому виду матрицу А с помощью элемен-

 

тарных преобразований над строками:

А=

ОПервый этап. Сделаем нулевыми все элементы матрицы под крайним элементом первой строки. Для этого вычтем из второй строки первую, умноженную на 3, и запишем результат во вторую строку. После этого к третьей строке прибавим первую, умноженную на 5, и запишем результат в третью строку. Получим матрицу А\.

Второй этап. Теперь сделаем равными нулю все элементы матрицы под крайним элементом второй строки. Для этого умножим вторую строку на 3, третью строку — на 2, получившиеся строки сложим и результат запишем в третью строку. Получим ступенчатую матрицу А2.

/

1

0 -

1

- 1 \

 

 

А =

3

- 2 - 1 0 1 II — 3 • I ~

V - 5

3

2

—1/

III + 5 • I

 

 

 

/ 1

0

- 1

 

 

 

Ai=

0

- 2

2

2 • III + 3 • II

 

 

 

Vo

3

- 3

 

 

/ 1

0

- 1

- 1 '

 

 

Аъ =: \ 00

--2

2

3 I

— ступенчатая матрица.

 

 

\0

0

0

- 3

 

1.1.28. Привести к ступенчатому виду матрицу А с помощью элементарных преобразований над строками:

/ 0

- 1

- 1

-3>

А= 1

2

4

7

\5

0

10

5

12

о

1.1.29.

о - 1

- 1 - з

2

4

О10

'

1 2

4

7

 

 

0

- 1

- 1

- 3 | III - 5 • I ~

,5

0

10

5

 

' 1

2

4

7

 

0

 

- 1

- 1

—3 | III — 10 - II

v0

 

- 1 0

- 1 0

-30у

 

'

1

2

4

7

 

В= | 0

 

- 1

- 1

- 3

ступенчатая матрица.

(,0

0

0

0

 

Привести к ступенчатому виду матрицу

 

 

/ 3

4

- 5

7 \

Л —

2

3

3

- 2

Л

4

11

- 1 3

16

 

 

 

 

 

- 2

1

 

 

 

 

 

 

 

/ 3

4

- 5

7 \

 

 

 

/ 3

4

- 5

7 \

 

2

3

3

- 2

3

II - 2 • I

0

1

19

- 20

 

4

11

- 1 3

16

3

III

- 4 1 ~

0

17

- 1 9

20

III - 17 • II

V

- 2

1

Ч

3

IV

- 7 • I

 

- 3 4

38

•- 4 0 /

IV + 2 • III

 

 

 

 

/ 3

 

4

- 5

 

7 \

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

1

19

- 2 0

ступенчатая матрица.

 

 

 

 

0

 

0

- 342

360

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

о

о

 

 

 

 

 

 

 

Привести

к ступенчатому

виду

матрицы:

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3 - 2 \

 

 

 

 

 

2

3 - 2

3'\

 

 

1.1.30.

3

1

1

 

 

 

 

1.1.31.

I

1

1

2

 

 

5 - 5 /

 

 

 

 

 

\ 3

5 - 5

4,/

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

l l

 

 

 

1

 

- 3

1

 

13 \

 

 

 

/ 1 - 2

1

 

11 \

 

1.1.32.

3

 

1

- 7

 

9

 

1.1.33.

 

3

- 1

2

 

5

 

- 1

 

2

0

- 1 0

 

 

2

1

- 3

- 1 8

 

 

 

 

 

 

 

 

\ 2

 

1

- 5

 

5 )

 

 

 

^

0

- 1

-13)

 

 

/ 1 1 1 1

 

1

7 \

 

 

/ 1 - 2

1

 

1

"1Л

1.1.34.

3 2 1 1 - 3

-2

. 1.1.35.

 

2

1

- 1

- 1

 

0 1

2 2

 

6

23

 

 

1

7

- 5 - 5

5

 

 

4

3

3

 

- 1

12}

 

 

 

- 1

- 2

 

1

- у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

Дополнительные задачи

Найти линейные комбинации матриц:

1.1.36.

3A-2B,A=Q

 

4),

В

=

(J

Д ) .

 

 

 

 

2В -ЬА,Л=

^

 

I

 

 

 

 

£

» ) .

 

1.1.38.

А - Х Е , Л = ( з

Д ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

4А - 7В, А =

/ 1

 

- 2

5

3\

, В =

/ 0

2

7

- 5

1.1.39.

2

 

0

-3

1

-8

1

3

0

 

 

 

 

\5 - 1

0

4 /

 

\ 4

2 - 2

5

 

 

 

 

 

 

/ 1

- 2

0\

 

/ 5

1

-2>

1.1.40.

5А-ЗВ + 2С, А=

 

3

5

1

,

В =

-3

2

7

 

 

 

 

 

 

\ - 1

2

4 /

 

\ 4

0

—1;

 

 

/ - 5

3

1\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С =

2

0

5 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\ 6

4

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найти

произведения

матриц

АВ

и

В А

(если

это

возможно):

 

„ - ( i

 

 

 

 

v ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ 5 Л

 

 

 

 

 

1.1.42.

Л =

(1 -2

3

0), В =

- 3

 

 

 

 

 

- 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V1/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-4'

 

 

 

 

 

1.1.43.

Л = ( Д

2

l ) ' B = ( " 5 3 j '

 

 

 

 

 

1.1.44.

А-е д -.•)•-& 9-

 

 

 

 

/ - 2

3

 

1 \

 

/ 1 - 2 -3>

 

 

 

1.1.45.

Л = [ 5

4

 

О I, В = I 0 -3

1

 

 

 

 

 

V 2

- 1 - 5 /

 

\ 4

- 4

5

 

 

 

Найти

произведения матриц

(АВ) - С и А - (ВС):

 

 

 

14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- 3

0

1.1.48.

A = { 1 - 3 ) , B = ^ 2 5

 

 

 

 

 

\

5

- 2 | .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

/ - 5

 

 

0

3\

 

 

 

3

0>

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

1

- 1

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.49.

A =

 

 

, B = | - 2

1

' - ( - 3 2 )

 

 

 

 

 

2 - 3

2

 

 

 

4

3,

 

 

 

 

 

\1

 

 

5

3/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найти

матрицу

An:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.50.

Л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

i

i>

 

• е .

 

:)•

 

 

 

1.1.51.

 

Л = I 0 0 0| .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\0

0

o;

 

 

 

 

/0

 

1

0\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.52.

A= О О 1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\0

 

0

0 /

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найти

значение

матричного

многочлена

f(A):

 

 

 

 

1.1.53.

f{x)

= 2x2

- Зх + 1, A =

(J

 

.

 

 

 

 

 

1.1.54.

f{x)

= 3x2

 

+ 2x + 5,

A

=

^

 

 

 

 

 

 

 

1.1.55.

fix)

= 2x3

- x2 + 3, A =

 

 

^.

 

 

 

 

 

1.1.56.

/(в)

= 4x3

- 2x2 + 3x - 2,

A =

 

 

j^ .

 

 

 

 

 

fix)

= x2

- 3x + 2, A =

/ 1

- 3

0\

 

 

 

 

 

1.1.57.

0

2

1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\3

- 3

2 /

 

 

 

 

 

 

fix)

= 3x2

+ 5x - 2, A =

 

/ 2

3

- 3\

 

 

 

 

1.1.58.

I

О

1

4 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\5

" 2

 

1 J

 

 

 

 

1-1.59.

fix) = x3

— x2

+ 5, A =

/ 1

0

l\

 

 

 

 

 

I 3

-1

0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\0

0

2 /

 

 

 

 

 

 

fix)

= 2x3

- x2

+ 3x - 2,

A =

/ 2

 

- 3

4

 

 

 

1-1.60.

0

 

5

- l ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\—2 - 1

3

 

 

 

15

Проверить, коммутируют ли матрицы А и В:

1.1.61.

А = ( 1

2

3 ) , В =

 

 

1.1.62.

Н

 

 

- О -

 

1.1.63.

 

3)-В=(-4

2)'

 

 

 

 

1.1.64.

 

 

 

 

 

1.1.65.

 

 

 

 

 

1.1.66.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

1.1.67.

 

 

 

 

О

 

 

 

 

- 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1.1.68.

А •с.О- 1.1.70.

 

1.1.69.

А =

Найти

матрицу

АТ

:

 

 

1.1.71.

А = ( 1 2 3 4).

 

 

Найти

произведения

матриц ААТ

и АтА:

 

1.1.72.

 

 

 

1.1.73.

А=( 1 2 3 4).

 

 

 

 

 

1.1.74.

 

 

 

1.1.75.

А =

1.1.76.

 

 

 

1.1.77.

А =

16

Привести

матрицу А

к

ступенчатому виду:

 

 

 

1.1.78. А

Л

2

3\

 

 

 

 

1.1.79.

А =

 

 

 

5

6 у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.80.

А =

Л

- 2

 

3

Л

1.1.81.

А=

 

 

3

2

 

- 4

2

1

 

 

 

 

- 2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Л

- 1

5

- 3

 

4

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.82.

Л =

1

2

- 7

0

 

7

 

 

1.1.83.

А=

 

 

2

- 1

2

3

- 1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V1

0

1

- 2

 

5

 

/

 

 

 

 

 

 

/ 1

5

 

3

-10N

 

 

 

 

1.1.84.

А =

3

- 1

 

1

10

 

1.1.85.

А =

 

 

2

1

 

- 1

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

10

 

6

-10)

 

 

 

 

 

 

/ 1

2

 

- 1

 

 

 

 

 

 

/ 1 0

2

1.1.86.

>1 =

3

- 1

 

2

2

 

 

1.1.87.

А =

3 - 2

0

 

 

 

2

5

 

- 1

0

 

 

2 2

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V1

- 1

 

0

V

 

 

 

 

\1 - 2 - 4

Контрольные вопросы и более сложные задачи

 

 

1.1.88.

Если матрицы А и В можно умножать, следует ли из этого,

 

что их можно складывать?

 

 

 

1.1.89.

Если матрицы А и В можно складывать, следует ли из этого,

 

что их можно умножать?

 

 

 

1.1.90.

Можно ли умножить квадратную матрицу на неквадратную?

1.1.91.

Может ли произведение неквадратных матриц быть квадрат-

 

ной матрицей?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.92.

Может ли при умножении ненулевых матриц получиться ну-

 

левая матрица?

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.93.

Могут ли совпадать матрицы А и АТ1

 

 

1.1.94.

Как выглядит матрица ( А т ) т ?

 

 

 

1.1.95.

Верно ли равенство

 

-I- В)т - Ат

+ ВТ1

 

1.1.96.

Верно ли равенство (А + Е ) ( А - Е )

= А2 - Е?

 

1.1.97.

Верно ли равенство

+ Е)2 = А2 + 2А + Е?

 

1.1.98.

Верно ли равенство

 

(А + В)(А - В)

= А2 - В2?

 

1.1.99.

Верно ли равенство

(А + В)2 = А2 + 2АВ + В2?

 

1.1.100.

Могут ли быть эквивалентными матрицы с различным коли-

 

чеством строк? столбцов?

 

 

 

1.1.101.

Обязательно ли существует произведение В А, если АВ = Е?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

2-2361

1.1.102. Может ли нулевая матрица быть эквивалентной ненулевой ма-

 

трице?

 

 

 

 

1.1.103.

Может ли произведение матриц быть числом?

 

1.1.104.

Как изменится произведение матриц А и В, если переставить

г-ю и j-ю строки матрицы А?

 

 

 

1.1.105.

Как изменится произведение матриц А и В, если к г-й строке

матрицы А прибавить j-ю строку, умноженную на число с?

 

1.1.106.

Как изменится произведение матриц А и В, если переставить

г-й и j-й столбцы матрицы В?

 

 

 

1.1.107.

Как изменится произведение матриц А и В, если к г-му столбцу

матрицы В прибавить j-й столбец, умноженный на число с?

 

1.1.108*

Найти все квадратные матрицы А размера 2 x 2 , если А2 = Е.

1.1.109*

Найти все квадратные матрицы А размера 2 x 2 , если А2

1.1.110*

нулевая матрица.

 

 

 

 

Найти матрицу

если А — квадратная матрица гг-го по-

 

рядка

 

 

0\

 

 

П

 

 

 

 

О

 

О

 

 

А = О

 

О

 

 

\ о

о о

о .

О 1/

 

 

(cos &

— sin

^

 

 

1.1.111*. Найти матрицу I .

cos а

J

 

 

 

^ у sin a

 

 

1.1.112*.Найти все матрицы, коммутирующие с матрицей А = Q

^.

1.1.113*. Доказать, что если А и В — квадратные матрицы п-го порядка, то суммы всех элементов главной диагонали у матриц АВ и В А равны.

1.1.114*.Матрица называется стохастической, если сумма элементов любой ее строки равна 1. Доказать, что произведение стохастических матриц — тоже стохастическая матрица.

§2. ОПРЕДЕЛИТЕЛИ

 

 

 

 

(dli

0,12

.. Q>1 п^

Любой квадратной матрице n-го порядка А

 

й21

^22

• •

а>2 п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\flln

а>2 п • •

0>пть/

можно поставить в соответствие выражение,

 

которое называется

 

определителем

(детерминантом) матрицы А, и обозначается

так:

ац

а\2

• • • Gin

 

 

 

 

 

А = а 2i

а 22

а>2пили \А\ или det А.

 

 

 

 

 

^ln 0>2п

Q>nn

 

 

 

 

 

18

Определитель 2-го порядка задается равенством:

ац

ai2

= «11^22 + (-^12^21).

 

0>21

^22

 

Таким образом, определитель 2-го порядка есть сумма 2 = 2! слагаемых, каждое из которых представляет собой произведение 2-х сомножителей — элементов матрицы А, по одному из каждой строки и каждого столбца. Одно из слагаемых берется со знаком «+», другое — со знаком

Определитель 3-го порядка задается равенством:

ац

а 12

ai3

= аца22^зз -1- 012023^31 + ^13^21^32-1-

а>21

а22

<*23

аз1

аз2

азз

 

-I- (—013022^31) + (-ai2a2ia3 3 ) + (-011^23^32)- (2.1)

Таким образом, определитель 3-го порядка есть сумма 6 = 3! слагаемых, каждое из которых представляет собой произведение 3-х сомножителей — элементов матрицы А, по одному из каждой строки и каждого столбца. Одна половина слагаемых берется со знаком «+», другая — со знаком «—». Правило, по которому выбираются эти знаки, задается с помощью формулы (2.1) или другими методами, приведенными ниже.

Определитель n-го порядка задается равенством:

ац

а 12

п

 

 

a2i

а22

а>2п

0,2i2

•... • anin).

 

 

 

a>ni а>п2

Указанная сумма состоит из п! слагаемых, каждое из которых представляет собой произведение п сомножителей — элементов матрицы А, по одному из каждой строки и каждого столбца. Одна половина слагаемых берется со знаком «+», другая — со знаком «—». Правило, по которому выбираются эти знаки, в настоящем издании не используется и здесь не приводится. Методы вычисления определителей n-го порядка приведены ниже.

Методы вычисления определителей

1. Правило «треугольников» (правило Саррюса) вычисления определителей 3-го порядка: первое из трех слагаемых, входящих в сумму (2.1) со знаком «+», есть произведение элементов главной диагонали, второе и третье — произведения элементов, находящихся в вершинах двух

19

2*