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

may05119

.pdf
Скачиваний:
6
Добавлен:
21.05.2015
Размер:
670.28 Кб
Скачать

 

z

 

 

 

41

 

 

= 2x − 2y2 ,

y рас с мат ривает с я какпос т оянная функция.

 

x

 

 

 

 

 

 

z

 

= −4xy + 3y2 .

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

2. z = x2 sin y

z

 

 

z

 

= 2x sin y ,

= x2 cos y .

 

x

 

y

 

 

 

 

§3. Диффер енциа л функ ции м ногихпер ем енны х

 

 

 

 

 

 

 

По лны м прира щением функции z = f (M ) в то чке M (x, y) ,

с оот вет с т -

 

вую щ им приращ ениям

x и y

пере менны х x и y , называет с я функция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z = f (x + x, y + y) − f (x, y)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Опр едел ение 1. Ф ункция z = f (M ) на зы ва етс я дифференцируем о й в т оч ке

 

M , е с л и е е пол ное приращ е ние в эт ой т оч ке

мож е т быт ь

предс т авл ено в

 

виде:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α(

,

)

β (

,

) y y x + x y x + y +B zx =A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где A и B - не кот оры е не завис ящ ие от

x и

y ч ис л а; α (

x, y) и β ( x,

y)

-

 

бес конеч но мал ы е при

x → 0 ,

y → 0 функции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т еор ем а .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е с л и функция

z = f (M ) диффере нцируемав т оч ке

M (x, y) ,

т о онаиме ет

в

 

эт ой т оч ке ч ас т ны е производные

fx '(x, y) и

fy '(x, y) , прич ем

fx '(x, y) = A ,

 

fy '(x, y) = B .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

 

Опр едел ение

2.

Дифференциа ло м

dz

диффе ренцируемой в

т оч ке

 

функции z = f (M ) называе т с я л инейная от нос ит ел ь но приращ е ний x

и

y

 

ч ас т ь пол ного приращ е ния эт ойфункции в т оч ке

M , т .е.

 

 

 

 

 

 

 

ил и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz = A

x + B y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz = fx '(x, y) x + fy '(x, y) y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д ифференциал ами не завис имых пере менны х x

и

y назовем приращ е ние

 

эт их переменных: dx =

x и dy = y .

Т огдадифференциал функции мож но

 

запис ат ь в виде :

 

 

 

 

dz = fx '(x, y)dx + fy '(x, y)dy =

z dx +

z

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пр им ер ы .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. y = arctg2xy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. z = xyex+2 y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z =

 

2y

,

z =

 

 

2x

 

 

 

z = yex+2 y (1+ x),

z

 

= xex+2 y (1+ 2y)

 

 

1+ 4x2 y2

1

+ 4x2 y2

 

 

y

 

 

x

 

y

 

 

x

+2 (

) 1

+2 y ( x+ 2 )dy1= y+x y + xe

 

dz =

 

2y

 

+

 

2x

 

 

 

 

 

dx

 

 

dx

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ 4x2 y2

1+ 4x2 y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

42

 

 

 

 

 

 

§4. Ча стны е пр оизв одны е в ы сш ихпор ядк ов

 

 

z

 

П ус т ь ч ас т ны е производны е fx '(x, y) =

z

и

fy

'(x, y) =

функции

x

y

 

 

 

 

 

z = f (М ) , определ е нной в окре с т нос т и т оч ки

M ,

с ущ

ес т вую т

в каж дой

т оч ке эт ой окре с т нос т и, назовем их ч ас т ными производными пе рвого порядка.

В с вою оч ередь ч ас т ные производны е по пе ре ме нны м x и y от функций fx '(x, y) и fy '(x, y) , ес л и они с ущ ес т вую т , называю т с я ч ас т ными производными вт орого порядкаот функции z = f (М ) в эт ой т оч ке и обознач аю т с я:

æ

z ö

=

2 z

=

 

 

 

ç

÷

x2

 

 

 

 

x è

x ø

 

 

æ

 

ö

 

2

z

=

ç

z ÷ =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

 

÷

 

 

 

 

 

x

 

 

xy

 

è

y ø

 

 

xx (f , y')' ;x

xy (f , y')' ;x

¶ æ

z ö

 

2 z

 

 

 

(f , y')' x

 

 

ç

÷

=

 

2

=

yy

 

 

 

ç

÷

 

y

 

 

 

y è

y ø

 

 

 

 

 

 

¶ æ

z ö

=

2 z

 

=

yx (f , y')' x

 

 

ç

 

÷

 

 

 

 

 

yx

 

y è

x ø

 

 

 

 

Ч ас т ны е производны е вт орого порядкавида fxy ''(x, y)

и

с я с меш анными ч ас т ными производными.

 

Т еор ем а .

 

 

Е с л и производны е

fxy ''(x, y) и fyx ''(x, y) с ущ ес т вую т

окрес т нос т и т оч ки

M (x, y) и непрерывны в с амой т оч ке

меж ду с обойв эт ойт оч ке, т .е . имее т мес т о равенс т во

fxy

Запиш е м ч ас т ны е производные т рет ь его порядка:

fyx ''(x, y) называю т -

в некот орой δ - M , т о они равны

''(x, y) = fyx ''(x, y) .

æ

2

z

ö

 

3

z

 

æ

2

z

ö

 

3

z

;

æ

2

z

ö

 

3

z

 

 

3

z

;

æ

2

z

ö

 

3

z

 

 

3

z

ç

 

÷

=

 

;

ç

 

÷

=

 

ç

 

÷

=

 

 

=

 

ç

 

÷

=

 

 

=

 

 

 

 

2

 

 

3

 

 

 

2

 

 

3

 

 

 

2

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

2

 

x è

x

 

ø

 

x

 

 

y è

y

 

ø

 

y

 

 

x è

y

 

ø

 

xy

 

 

y

 

x

 

y è

x

 

ø

 

yx

 

 

x

 

y

Пр им ер ы .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

z = sin x cos y . Н айт и d 2 z .

 

 

 

 

d

2

z =

2 z

dx

2

+

 

2 z

dxdy +

2 z

dy

2

 

 

 

x2

 

xy

y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

= cos x cos y ;

z

= -sin xsin y ;

2 z = -sin x cos y ;

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

2 z

 

= -cos x sin y ;

 

 

2 z

 

= - cos x sin y .

 

 

xy

 

 

yx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d 2 z = -sin x cos ydx2 - cos xsin ydxdy - sin x cos ydy2 .

2.

z = x2 + 2xy + y4 . Н айт и d 2 z .

 

 

 

2 z = -sin x cos y ;

y2

z

= 2x + 2y ;

z

= 2x + 4y3 ;

2 z

= 2;

2 z

=12y2

;

2 z

= 2 ;

x

y

x2

y 2

xy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+=12 2 dy+2 . y2

 

2dxdy 2

 

dx

d z

43

§5. Э к стр ем ум функ ции дв ухпер ем енны х

 

П ус т ь

функция z = f (x, y) определ е на в некот орой окрес т нос т и т оч ки

M0 (x0 , y0 ) .

 

 

 

 

 

Опр едел ение.

Говорят , ч т о функция z = f (x, y) име ет в т оч ке

M 0 ло ка ль-

ны й м а кс им ум (м иним ум ), ес л и с ущ

е с т вуе т

т акая окрес т нос т ь

т оч ки M 0 , в

кот орой

дл я

л ю бой т оч ки

M (x, y)

выпол няет с я

нераве нс т во

f (x, y) £ f (x0 , y0 ), ( f (x, y) ³ f (x0 , y0 )) .

Т оч ки л окал ь ного макс имума и л окал ь ного минимума называю т с я т оч ками э кс трем ум а .

И з определ ения с л едует , ч т о е с л и функция z = f (x, y) име ет экс т ре -

мум в т оч ке M 0 , т о пол ное приращ ение Dz = f (M ) - f (M0 )

эт ой функции в

т оч ке M 0 удовл е т воряе т в некот орой окре с т нос т и т оч ки

M 0 одному из

с л едую щ ихнераве нс т в:

Dz £ 0 (в с л уч ае л окал ь ного макс имума) Dz ³ 0 (в с л уч ае л окал ь ного минимума)

И обрат но, ес л и в не кот оройокре с т нос т и т оч ки M 0 выпол няе т с я одно из эт ихнераве нс т в, т о функция име ет экс т ремум в т оч ке M 0 .

Т еор ем а (необходимы е ус л овия экс т ремума)

 

 

Е с л и функция f (x, y) имее т в т оч ке M0 (x0 , y0 )

экс т ре мум и имее т в т оч ке

 

M 0 ч ас т ны е производны е первого порядка, т о в эт ойт оч ке ч ас т ны е произ-

водные

первого порядка равны нул ю , т .е .

x (

) = y ( y0 )x=00 f ил0 и,fy0 'x ' ,

 

z(M0 )

=

z(M0 ) = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

x

y

 

 

Т оч ки, в кот орыхч ас т ны е производны е пе рвого порядкаравны нул ю ил и не с ущ ес т вую т , называю т с я то чка м и во зм о ж но го э кс трем ум а , ил и

с та цио на рны м и.

Т еор ем а (дос т ат оч ны е ус л овия экс т ремума)

П ус т ь в т оч ке возмож ного экс т ре мума M0 (x0 , y0 ) и не кот орой е е окрес т но- с т и функция f (x, y) имее т не прерывны е ч ас т ные производны е вт орого порядка. П ол ож им:

 

 

A =

2 z

(M

), B =

2 z

(M

 

), C =

2 z

(M

 

),

D = AB - C

2

 

 

x2

y2

 

xy

 

 

Т огда:

 

 

0

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

Е с л и

> 0 ,

т о в т оч ке M 0

функция имее т

 

экс т ремум, прич е м при

 

A > 0 - л окал ь ны йминимум, при A < 0 - л окал ь ны ймакс имум.

2.

Е с л и

< 0 , т о в т оч ке

M 0 экс т ре муманет .

 

 

 

 

3.

Е с л и

= 0 , т о необходимы допол нит ел ь ны е ис с л едования.

- экс т ре муманет .

44

Пр им ер .

И с с л е доват ь наэкс т ремум функцию

I. z = x2 - y2 .

1.

z = 2x,

z = -2y ,

 

 

 

 

 

 

x

y

 

 

 

 

 

2.

Реш ая с ис т ему уравнений (применяем т е оре му о необходимыхус л о-

 

вияхэкс т ремума)

íì2x = 0

0

, пол уч аем т оч ку возмож ного экс т ремума-

 

M0 (0, 0) .

î-2y =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

П роверяе м дос т ат оч ные ус л овия экс т ремума:

 

A = 2 z

= 2, B = 2 z

= -2, C =

2 z

= 0,

 

 

 

x2

y2

 

 

 

xy

D = AB -C2 = -4 < 0

II.z = x3 + y3 - 3xy +1

1.xz = 3x2 - 3y , yz = 3y 2 - 3x

ì

2

- 3y = 0

ì

2

- y = 0

ì

 

2

 

ï3x

 

ïx

 

ïy = x

 

, пол у-

2. Ре ш ая с ис т ему уравне ний í

 

- 3x = 0

Û í

 

- x = 0

Û í

- x = 0

ï3y2

ïy2

ïy2

 

î

 

 

î

 

 

î

 

 

 

ч аем т оч ки возмож ного экс т ремума- M0 (1,1)

ил и M0 (0, 0) .

3. П роверяе м дос т ат оч ные ус л овия экс т ремумадл я т оч ки M 0 )1,: (1

A = 2 z

= 6x, B = 2 z = 6y , C =

2 z

= -3

,

 

 

 

x2

y2

xy

 

 

D = AB -C2 = 36 - 9 > 0 - экс т ремум ес т ь .

 

 

A > 0 - л окал ь ны йминимум.

 

 

 

 

Д л я т оч ки M0 (0, 0) пол уч ае м

 

С

2

АВ9 < 0- =экс т ре- мумаD = не т .

Г л а в а 7. Э л ем енты л иней ной а л гебр ы

§1. Понятие в ек тор а .

Опр едел ение. Л ю бой упорядоч енный набор из n дейс т вит е л ь ных ч ис ел

 

 

 

 

 

 

 

 

n -ме рны м

 

 

 

 

 

 

 

 

a1, a2 , a3 ,... an

называе т с я

векто ро м

 

a , при эт ом

ч ис л а,

с ос т ав-

л яю щ ие упомянут ы йнабор, называю т с я координат ами вект ора

 

.

 

a

 

К оординат ы

n -ме рного

ве кт ора

 

мож но

рас пол ож ит ь

л ибо в

с т року

a

 

 

= (a1, a2 , a3 ,... an ) - вект ор-с т рока,

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æa1

ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ça

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

÷ - вект ор-с т ол бец.

 

 

 

 

 

 

 

л ибо в с т ол бец a = ç

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

....÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

èan

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

45

Д вавект орас одним и т ем ж е ч ис л ом координат называю т с я ра вны - м и, ес л и ихс оот вет с т вую щ ие координат ы равны .

Вект ор, вс е координат ы кот орого равны нул ю , называет с я нул евы м .

Опер а ции на дв ек тор а м и

Пус т ь даны двавект ораc координат ами a = (a1, a2 , a3 ,... an ) и b = (b1, b2 , b3 ,... bn ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

Суммой вект оров a

 

и b называет с я вект ор c , координат ы кот орого

равны с уммам с оот вет с т вую щ ихкоординат эт ихвект оров:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

,

2 ,...,12 n +1 bn ). a + b

=a+ +b =aa

b

 

с

 

 

2.

П ус т ь λ - л ю бое де йс т вит ел ь ное

 

ч ис л о. П роизве дением

вект ора

 

на

 

a

ч ис л о λ буде м называт ь вект ор, координат ы кот орого пол уч аю т с я умно-

ж е ние м с оот вет с т вую щ их координат вект ора a на эт о ч ис л о:

с = λ × a = a1a2 a3 ,... λan ) .

§2. Понятие м а тр ицы

Опр едел ение. П рямоугол ь ная т абл ицач ис е л вида

æ a

a

...

a ö

 

ç 11

12

 

1n ÷

 

A = ç a21

a22

...

a2n ÷

называет с я м а трицей,

ç

 

...

÷

 

ç ... ...

... ÷

 

è am1

am2

...

amn ø

 

где ai j - де йс т вит ел ь ны е ч ис л а, называемые эл еме нт ами мат рицы ,

i =1, 2, ..., m ; j =1, 2, ..., n , i и j - с оот вет с т ве нно индекс ы с т роки и с т ол бца.

П роизведение

m × n ч ис л а с т рок на ч ис л о с т ол бцов называю т размером

мат рицы .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ч ас т о

мат рицу

запис ываю т

в

с окращ енном

виде

A =

 

 

 

ai j

 

 

 

, i = 1, 2, ..., m,

j =1, 2, ..., n .

 

 

 

 

 

 

нулево й

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М ат рица, вс е

эл еме нт ы

кот орой равны нул ю ,

называет с я

мат рицей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е с л и ч ис л о с т рокравно ч ис л у с т ол бцов, т .е . m = n , т о мат рицаназы -

вает с я ква дра тно й.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ 4

-1

5

ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

1

2

1

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н апример: А= ç

÷ - квадрат ная мат рица, размером 3× 3 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

0

3

-2

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Упорядоч енная

с овокупнос т ь эл е ме нт ов

a11, a22 , a33 ,... ann называет с я

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ a11

a12

a13

ö

побоч ная

гла вно й диа го на лью

квадрат ноймат рицы:

ç

a22

 

÷

 

 

A = ç a21

a23 ÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç a

a

a

÷

гл авная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è 31

32

33

ø

 

 

К вадрат ная мат рицаназывает с я диа го на льно й, ес л и не нул е выми могут быт ь т ол ь ко эл еме нт ы гл авнойдиагонал и, т .е. мат рицаимеет вид:

46

æ a11

0

...

0

ö

ç

0

a

...

0

÷

A = ç

 

22

 

 

÷ .

ç

 

...

...

...

÷

ç ...

÷

è

0

0

...

ann ø

Е динично й м а трицей называе т с я диагонал ь ная мат рица, у кот орой вс е эл еме нт ы гл авнойдиагонал и равны единице .

Д ве мат рицы A и В называю т с я ра вны м и, ес л и они имею т одинаковы е размеры и ихс оот вет с т вую щ ие эл еме нт ы равны .

Опер а ции на дм а тр ица м и

1.Сум м а м а тр иц

Суммойдвухмат риц A = ai j и B = bi j одинакового размераназывает с я

мат рица C =

ci j

 

каж ды й эл е ме нт

кот орой

равен с умме с оот вет с т вую щ их

эл емент ов мат риц A и В : с i j = ai j + bi j ,i =1, 2, ..., m,

j =1, 2, ..., n .

Пр им ер .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ 1

2

5

ö æ1

2

4

ö æ 1+1 2 + 2 5 + 4

ö æ

2

4

9 ö

ç

3

1

-2

÷

ç

3

1

0

÷

ç

3 + 3 1+1

-2 + 0

÷

ç

6

2

-2

÷

ç

÷+

ç

÷

=ç

÷

=ç

÷

ç

-1 0

4

÷

ç

1

0

2

÷

ç

-1+1 0 + 0 4 + 2

÷

ç

0

0

6

÷

è

ø è

ø è

ø è

ø

2. У м ножение м а тр ицы на числ о

П роизве дением мат рицы А надейс т вит е л ь ное ч ис л о λ называе т с я мат -

рица, каж ды й эл еме нт

кот орой раве н

произведе нию

с оот ве т с т вую щ е го

эл емент амат рицы А нач ис л о λ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пр им ер .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ 4 -1 5

ö

 

 

 

æ

-

45 ö

 

1 æ

-

20 ö 4

16

ç

1

2

1

÷

= 4

:

λ

ç

=

11

÷

 

ç

 

4

÷

8

 

А= ç

÷

А 4 ××ç

÷

=2ç

 

÷

 

ç

0

3

-2

÷

 

 

 

ç

 

- 2

÷

 

ç

3

- 8

÷

0 12

 

è

ø

 

 

 

è

 

ø0

è

ø

 

3. У м ножение м а тр иц

 

 

 

 

 

 

 

П роизве дением мат рицы A = (aij ) разме ра m × k намат рицу

B = (bij ) раз-

мераk × n

называет с я мат рицаС = (с ij ) размераm × n , у кот орой эл е мент с ij

равен с умме произведе ний эл е ме нт ов

i -й с т роки

мат рицы

A и j -ого

 

k

 

 

 

 

 

 

 

с т ол бцамат рицы B , т .е. с = åa bsj , is=

 

ij =

, 1n

.

ji,

1, m

 

 

s=1

 

 

 

 

 

 

 

П ри эт ом ч ис л о k с т ол бцов мат рицы

A дол ж но быт ь

равно ч ис л у с т рок

мат рицы

B . В прот ивном с л уч ае произведение не опре де л ено. Д л я удоб-

с т вазапоминания разме рапроизведе ния мат риц нуж но пере множ ит ь от - нош е ния размеров мат риц-с омнож ит е л ей: mk × kn = mn , т .е . размер мат рицы C

равен m × n .

47

Пр им ер ы .

 

æ1

-1

0ö

 

 

æ

 

-

1 4ö 1

1.

, B =

ç

 

 

 

12

÷

0

A = ç

 

÷

ç

 

 

 

÷

 

ç

3

÷

 

 

ç

 

 

 

 

÷

 

 

è2

4ø

 

 

 

 

 

35

4

 

 

 

 

 

 

è

 

 

 

ø

 

2 ´ 3 × 3 ´ 3

= 2´3

(3=3)

 

 

 

 

А ×

В = А×В

 

 

 

 

 

 

 

 

æ1

-1

0ö

æ

 

 

-

1 4ö

1

æ

 

A× B =

ç

2 0 1

÷

=

 

ç

 

÷

×ç

÷

ç

 

 

ç

3

÷

ç

 

 

 

 

÷

 

ç

 

 

è2

4ø

 

 

 

35

 

è

 

 

 

 

 

è

 

 

 

ø

4

 

æ-1 -1

3 ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ç

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

14

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è20

31ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В×А не име ет с мыс л а, т аккак 3 ´ 3

 

æ1

-1

0ö

 

 

æ

2ö

 

 

 

 

2.

, B =

ç

5

÷

 

 

 

 

A = ç

 

÷

ç

÷

 

 

 

 

 

ç

3

÷

 

 

ç

 

÷

 

 

 

 

 

è2

4ø

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

ø

 

 

 

 

×3× -0+ ×2 11 1

× 4 +0 × 0 -1× )-1 ( ×5×

ö0+ ×1 -11 4

 

 

÷

=

×3 4+ ×2× 3+2 1

× 4 +4 × 0 +3 × )1-2 ( ×5

÷

4+ ××1 32+ 4

ø

× 2 ´ 3 (3¹2).

2 ´ 3 × 3 ´ 1

= 2´1

 

(3=3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А ×

В = А×В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ1

-1

0ö

æ

2ö

 

æ

 

 

 

× 6ö+0 ×æ5- 3)1-×ö +( 1 2

 

 

 

 

 

ç

5

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

A× B = ç

 

 

 

÷×

ç

÷

= ç

 

 

 

÷

= ç

 

÷

 

 

 

 

 

 

ç

2 3

4

÷

 

 

 

 

ç

 

 

 

÷

ç

 

÷

2

 

 

 

 

 

è

ø

ç

 

÷

 

è

 

 

 

× 6 +4 ××5 43+2

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

ø

è

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т р а нспонир ов а ние м а тр иц(не л ине йная операция)

 

Э т аоперация с ос т оит

в замене с т рок мат рицы

нае е

с т ол бцы

с с о-

хранением ихпорядка,

ил и, ч т о т о ж е с амое,

заменас т ол бцов мат рицы на

ее с т роки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ a11

 

a12 ...

a1n

ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П ус т ь

A =

ç a

 

a ...

a

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

21

 

 

22

 

 

2n

÷, т огдат ранс понированная мат рицаиме ет

 

 

 

 

ç

 

 

 

... ...

...

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç ...

 

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è an1

 

an2 ...

ann ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

 

 

 

...

 

a

n1

öa

a

21

11

æ -

 

 

45 ö 1

 

æ

04 ö 1

 

ç

 

 

 

...

 

 

 

÷

 

a

 

 

 

вид: A' =

ç

 

 

 

 

an2 ÷a

22

12

ç

 

 

÷

 

ç

÷

2

ç

 

 

 

 

 

 

...

÷

, например

А =

ç

 

 

11 ÷ , 2 А' = ç-

31÷

 

 

 

 

 

 

 

...

...

...

 

 

÷

 

ç

÷

 

 

ç

 

 

 

 

 

 

 

 

÷

 

 

 

 

ç

 

 

3

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

 

- 2 0

è

- 25

 

ç

 

2 ...

 

 

 

 

÷

 

a n

 

 

 

 

ø

 

ø

 

 

è

1

 

ann øa n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Св ой ств а тр а нспонир ов а нны хм а тр иц

1. A''= A .

2. П ри т ранс понировании квадрат ной мат рицы эл емент ы , находящ иес я на гл авнойдиагонал и, не ме няю т с я.

Сим м етр ическ ие м а тр ицы –

эт о квадрат ные мат рицы, у кот орыхэл емент ы , с иммет рич ны е от нос ит е л ь -

но гл авнойдиагонал и, равны , т .е. a = a , i = 1,m , j = 1, n .

ji ij

48

Д л я с имме т рич ес кихмат риц A = A' .

 

 

æ

-

45 ö 1

 

 

 

 

 

 

 

ç

 

 

 

÷

, 2a a21= -1=,12 a = a31 = 5

, 13a

 

= a32

= 1. 23

Н апример: А= ç-

 

 

 

11÷

 

 

 

ç

 

 

 

÷

1

 

 

 

 

 

 

 

è

 

 

 

- 25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

§3. Опр едел ител ьм а тр ицы

 

 

ac

 

b

 

 

 

 

 

 

 

æ

 

 

ö

 

 

 

 

 

 

 

ç

1

1

1

÷

b (1).

П ус т ь данаквадрат ная мат рицат ре т ь его порядкаç

2

2

ac2

÷

 

 

 

 

 

 

 

ç

3

3

ac

÷

b

 

 

 

 

 

 

 

è

3

ø

 

Опр едел ение 1. Определител ем третьего по рядка , с оот вет с т вую щ им мат -

рице (1), называет с я ч ис л о, обознач аемое с имвол ом:

 

 

 

 

 

 

 

ac1

 

 

b1

 

 

 

 

 

- b c2 .+-3 a1 c3 -a2 b1 a3 b2 c1 b3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

ac2

 

 

b

 

 

 

 

 

 

3

3

ac3

 

 

b

 

 

 

 

 

 

Ч ис л а

 

 

 

,c3 ,cназываю2 c12 ,b3 ,b ,тbс1я,a31э лемa2 ента м и о предел ителя. Д иа-

гонал ь ,

образованная эл емент ами

 

,

,ac1 3 , bназывае2

т с я гла вно й, адиаго-

нал ь , образованная эл е ме нт ами

,

, ac31

- bпо2 б о чно й.

 

 

Д л я выч ис л е ния определ ит ел я ис пол ь зую т правил о т ре угол ь ника:

 

 

 

 

 

«+»

 

 

 

 

«-»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ac1

 

 

b1

 

 

 

ac1

 

 

b1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ca2

 

 

b2

 

 

 

ca2

 

 

b2

 

 

 

 

 

 

ca3

 

 

b3

 

 

 

ca3

 

 

b3

Пр им ер .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- 3

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

32

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-18= × -4 ×)-2 -( ) 2( × 3 3 ×0 ×

 

 

 

24

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Св ой ств а опр едел ител ей

1.Вел ич инаопре дел ит е л я не изме нит с я, ес л и его с т роки и с т ол бцы поме - нят ь мес т ами.

2.П ере с т ановкадвух с т ол бцов ил и двух с т рок опре дел ит е л я равнос ил ь на

 

умнож е нию е го на–1.

3.

Е с л и опре де л ит е л ь име ет дваодинаковы х с т ол бцаил и две одинаковы е

 

с т роки, т о он равен нул ю :

4.

Умнож ение вс ехэл е ме нт ов одного с т ол бцаил и однойс т роки опре дел и-

 

т ел я нал ю бое ч ис л о λ равнос ил ь но умнож е нию опре дел ит е л я наэт о

 

ч ис л о.

5.

Е с л и вс е эл е ме нт ы не кот орого с т ол бцаил и не кот оройс т роки определ и-

 

т ел я равны нул ю , т о и с ам опреде л ит ел ь равен нул ю .

6.Е с л и вс е эл еме нт ы двухс т ол бцов ил и двухс т рокопредел ит е л я пропорционал ь ны , т о опреде л ит е л ь равен нул ю .

49

Опр едел ение 2. М ино ро м неко то ро го э лем ента о пределителя называет с я опре де л ит е л ь , пол уч аемы й из данного опреде л ит ел я выч еркивание м с т роки и с т ол бца, наперес еч е нии кот орыхрас пол ож е н эт от эл емент .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ac1

b1

 

 

Д ан опреде л ит ел ь D =

 

 

 

 

 

ca2

. b2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ac3

b3

 

 

Н апример, минором

эл еме нт а a1 опре дел ит е л я

явл яет с я опре дел ит е л ь

вт орого порядка

 

b2

c2

 

, минором эл е ме нт аb1

опреде л ит ел я явл яет с я оп-

 

 

 

 

b

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

редел ит ел ь вт орого порядка

 

a2

c2

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

3

 

 

 

 

 

Опр едел ение 3. Алгеб ра ичес ким

до по лнением

неко то ро го э л ем ента о пре-

делител я называет с я минор эт ого эл емент а, умнож е нны й на (-1)p , где p - с умманомеров с т роки и с т ол бца, напере с е ч ении кот орыхрас пол ож е н эт от

эл емент .

Ал ге браич ес кое

 

допол нение

эл е мент а обознач ае т с я т акой ж е

пропис ной буквой,

 

ч т о и

с ам

эл е ме нт .

Т ак,

ал ге браич ес кое допол не ние

эл емент аa1

обознач ае т с я ч ерез А1 , ал ге браич е с кое допол не ние эл е мент аb1

обознач ае т с я ч ере з B 1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н апример, найде м ал гебраич ес кое допол не ние эл еме нт а a1 ,

находя-

щ е гос я наперес еч е нии 1-ого с т ол бцаи 1-йс т роки:

 

 

 

 

(

1+1

 

b2

c2

 

 

 

- b3 c.=2 b2c3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A1

1)

 

b c

3

 

 

 

= -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§4. Обр а тна я м а тр ица

ac

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

 

 

ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

 

 

 

1

÷

1

 

 

 

 

 

 

Д анамат рицаA = ç

2

2

ac2

÷

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

3

3

ca

÷

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

3

ø

 

 

 

 

 

 

Опр едел ение. М а трица

A−1 на зы ва етс я о б ра тно й по о тно шению

к м а т-

рице А, е с л и ихпроизведе ние равно е динич ноймат рице : A−1 × A = A× A−1 = E

 

Е с л и определ ит ел ь мат рицы не равен нул ю ,

т о обрат ной дл я мат ри-

цы А явл яет с я с л едую щ ая мат рица:

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ A

A

ö

2 D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

 

B

31

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

−1

 

ç B

B

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ç

1

2

3

÷

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

 

 

C

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

1

2

3

÷

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

 

 

ø

 

где

,

,ACi B-i

 

ал ге браич ес кие

 

допол не ния

с оот ве т с т венно эл емент ов

,

, aci b(ii

=

3,).2,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

Пр им ер .

1ö

2

æ

ç

÷

1

Н айт и мат рицу, обрат ную кданной А = ç

21÷

ç

÷

3

è

1ø

A1

B1

C1

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

1

 

 

 

 

 

 

 

=1 -41 -3 - +21 +6 =

 

 

 

 

 

D =

 

 

 

 

1

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

1)1+1

 

1

1

 

 

 

 

 

-2=,1 A-23 =( 1)1+2

 

2

1

 

=1

, A3

=(

-1)1+3

 

2

1

 

= 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

1

 

 

 

 

 

 

= -

 

 

1

1

 

= -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

1+2

 

2 1

 

 

 

B2 (

 

2+2

 

1 1

 

 

 

, B3 =( -1)

2+3

 

1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

 

 

 

1 1

 

 

-1=,

=1)-

 

 

 

1 1

= 0

 

 

2 1

 

= 1

 

 

 

= -

(

1+3

 

2 1

 

C2 =( -1)

2+3

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3+3

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

 

 

 

1 3

= 5 ,

 

 

1 3

 

 

 

 

-1=, C3

( =1)-

 

 

 

2 1

 

 

-3=.

= -

æ-

 

12ö

 

1

 

 

 

 

 

 

ç

 

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

A−1 = ç -

 

11÷ . 0

 

 

 

 

 

 

ç

-

 

÷

 

1

 

 

 

 

 

 

è

-53ø

 

 

 

 

 

 

 

П роверка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

1ö

2æ-

12ö

1æ

- 3ö+ 2æ

11-01 01ö+- 25 - 2

A × A−1 =

ç

÷

ç

-

11

÷

ç

÷

ç

÷

- 1

ç

21÷

×1ç

÷

=0ç

- 3÷+=1ç

02-11 02÷-+=54Е

 

ç

÷

ç

 

- -53

÷

ç

÷

ç

÷

- 3

 

è

1

3

 

ø

1

- 3 + 3

01-051 11-+ 2

 

ø

è

 

 

è

ø

è

ø

 

§5. И ссл едов а ние систем ы тр ех ур а в нений пер в ой степени с

тр ем я неизв естны м и

 

 

Т еория мат риц и опреде л ит ел е й име ет

ш ирокое

приме нение , как в

с амой мат е мат ике, т ак и в е е прил ож ениях.

Э т о оч е нь

удобны й и ч ас т о

ис пол ь зуе мый в с амых разнообразных ис с л е дованиях мат е мат ич ес кий ап-

парат.

 

 

 

 

 

 

 

Рас с мот рим приме нение

мат риц и опреде л ит ел е й к ис с л е дованию

с ис т е мы т рехуравне нийпе рвойс т епе ни с т ремя не извес т ными x, y, z :

 

 

ì +

+

= h1

z c1 y b1a x

 

 

ï

 

 

+= h2

+z c2

y ba2 x

(1)

 

í

 

 

 

ï

+

+

= h

z c

y ba x

 

 

î

 

 

3

3

3

 

где

,c3 ,-c2коэффициентc12 ,b3 ,b ,b1 ,a31 ыa2 ,

, ,h31

-h2с вободные ч л е ны , с ч и-

т аю т с я заданными.

 

 

 

 

 

 

 

Т ройкач ис ел

, , xz0 называетy0

с я ре ш е нием с ис т е мы (1), ес л и в ре -

зул ь т ат е подс т ановки эт их ч ис ел

вме с т о x, y, z , вс е т ри уравнения (1) об-

ращ аю т с я в т ож дес т ва.

Опр едел ение 1. Е с л и с ис т е мауравне ний не име ет реш е ний, т о т акая с ис -

те маназывает с я нес о вм ес тно й.

Ес л и с ис т емауравненийимее т ре ш е ние, т о онаназывает с я с о вм ес т-

но й.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]