- •Линейная алгебра
- •Введение
- •Решение системы линейных уравнений со многими неизвестными !
- ••Линейная алгебра проявляет единство двух основных подходов математики- абстрактности и приложимости. Для менеджеров
- •• Линейность представляет весьма общее понятие. Все линейные модели, процессы и явления обладают
- ••С математической точки зрения линейные модели имеют определенные преимущества, т.к. линейные задачи всегда
- •Модуль вектора
- •Операции над векторами
- •Геометрическая схема сложения векторов
- •Векторы
- •Векторы
- •Линейная зависимость векторов
- •Линейная зависимость векторов
- •Пример линейно зависимых векторов
- •n-мерное векторное пространство . Базис
- ••Единичным вектором является вектор, у которого длина равна единице (например, у вектора лишь
- •Скалярное произведение
- •Скалярное произведение векторов
- •Скалярное произведение векторов А В
- •Скалярное произведение векторов
- •Скалярное произведение векторов
- •Определитель
- •Площадь параллелограмма
- •Равенство нулю определителя
- •Определитель треугольной матрицы
- •• треугольному виду( из 2-й строки вычтем
- ••Значение этого определителя не надо искать, т.к. его величина равна нулю(!).Третий столбец пропорционален
- •ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ МАТРИЦ
- •ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
- •ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ МАТРИЦ
- ••Решением системы называется упорядоченный набор из n чисел, обращающий каждое уравнение системы в
- ••Если число уравнений системы
- •двух неизвестных с учетом их коэффициентов (симметрично у всех уравнений),
- ••Если применить рассмотренные элементарные преобразования к матрице, то важнейшая ее характеристика - ранг
- •ВАЖНО !
- •Далее мы будем основываться на системе (1) и рассмотрим прямоугольную таблицу,
- •Можно сказать что, матрица – это прямоугольная
- ••Представленная матрица (2) называется
- ••На множестве матриц вводится понятие
- ••На множестве согласованных
- ••Под произведением A понимается матрица ( aij), то есть при умножении матрицы A
- •• Сложение матриц
- ••Операция сложения матриц коммутативна и ассоциативна (как для векторов).
- ••тех матриц, для которых выполняется следующее условие:
- ••т.е. элемент cij матрицы C равен сумме произведений элементов i-ой строки первой
- •Умножение матриц
- •• Структура произведения
- ••Если произведения AB и BA одновременно определены, то, вообще говоря, эти произведения могут
- ••Мы получили в результате две неравные матрицы.
- •Метод Гаусса решения систем линейных уравнений
- •Метод Гаусса решения систем линейных уравнений
- •Метод Гаусса решения систем линейных уравнений
- •Метод Гаусса решения систем линейных уравнений
- •Метод подстановки
- •Метод сложения
- •Метод Гаусса решения систем линейных уравнений
- •Метод Гаусса решения систем линейных уравнений
- •Метод Гаусса решения систем линейных уравнений
- ••Метод Гаусса решения систем линейных уравнений
- •метод
- •• В первом уравнении ведущий или разрешающий коэффициент(со стрелочкой) равен двум (не равен
- ••Первое уравнение у нас остается без
- ••Используя второе уравнение из новой системы, исключаем х2 в третьем уравнении. Для этого
- ••В итоге после элементарных преобразований получаем эквивалентную систему:
- ••нулю, а правая часть не будет равна нулю, то данная система несовместна.
- ••Запишем матрицу и приведем ее к разрешенному виду за пять шагов (ведущий элемент
- ••В результате исходная система принимает следующий вид:
- ••Метод Гаусса решения систем линейных уравнений
- ••Для того, чтобы избавиться от х1 мы должны определиться с коэффициентом a11 (ведущий
- ••2) наша задача исключить x1 из второго и т.д. уравнений; исключим x1 во
- ••2) вместо третьей строки запишем разность между второй строкой и удвоенной третьей; мы
- ••Очевидно, мы получили треугольную систему.
- ••То есть наша матрица представляет собой в общем случае ступенчатую матрицу, которую получили
- ••Транспонирование матрицы.
- •ОБРАТНАЯ МАТРИЦА
- •ОБРАТНАЯ МАТРИЦА
- ••Заметим, что не всякая квадратная матрица имеет обратную матрицу.
- •необходимо воспользоваться формулой:
- ••По этой формуле, если разность ad-bc не равна нулю (т.е. матрица А не
- •Свойства обратной матрицы
- •ОПРЕДЕЛИТЕЛЬ
- •Определение детерминанта det
- •Определение детерминанта det
- •Свойства определителя
- •Свойства определителя
- •кроме i–ой такие же, а i–я строка в одном из них содержит элемент
- •Свойства определителя обратной матрицы
- •МЕТОД
- ••Рассмотрим теперь систему трех линейных уравнений с тремя неизвестными
- ••Определителем произвольной квадратной матрицы третьего порядка
- ••по следующему правилу: три произведения элементов, стоящих на главной диагонали и в вершинах
- ••с основаниями, параллельными побочной диагонали
- •Нахождение определителя матрицы А
- ••Определитель третьего порядка обозначается в вертикальных отрезках:
- ••Вернемся к решению нашей системы (6). Например методом уравнивания коэффициентов, по аналогии с
- ••Обратите внимание, что в определителе 1 первый столбец матрицы коэффициентов заменен на столбец
- ••Из равенств (7) следует, что если0, то решение определяется единственным образом (формулы Крамера):
- •ОПРЕДЕЛИТЕЛЬ НЕ РАВЕН НУЛЮ!
- •Решение системы уравнений методом Крамера
- •Ранг матрицы
- •Теорема Кронекера-Капелли
•2) вместо третьей строки запишем разность между второй строкой и удвоенной третьей; мы можем так поступать.
•3) четвертую строку заменим разностью между удвоенной второй строкой и умноженной на 5 четвертой.
•В результате получится матрица,
соответствующая системе, у которой неизвестная x1 исключена из всех уравнений, кроме первого, а неизвестная x2 — из всех уравнений кроме первого и второго:
1 |
1 |
3 |
2 |
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
13 |
8 |
45 |
|
0 |
|
||||
|
0 |
1 |
6 |
15 |
|
0 |
|
||||
0 |
0 |
39 |
29 |
175 |
|
Теперь исключим неизвестную x3 из четвертого уравнения. Для этого полученную матрицу преобразуем так:
•1) первые три строки оставим без изменения, так как a33 0;
•2) четвертую строку заменим разностью между третьей, умноженной на 39, и четвертой:
|
1 |
1 |
3 |
2 |
11 |
|
|
0 |
10 |
13 |
8 |
45 |
|
|
|
|||||
|
0 |
0 |
1 |
6 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
205 |
410 |
|
|
|
x1 |
x2 3x3 2x4 11 |
|
|
10x2 13x3 8x4 45 |
|
|
||
|
x3 6x4 |
15 |
|
||
|
205x4 |
410 |
|
•Очевидно, мы получили треугольную систему.
•Отсюда находим : x4 = 2. Подставив это значение в третье уравнение,
получим x3 = 3. Теперь из второго уравнения следует, что x2 = 1, а из первого, что x1 = –1. Очевидно, что полученное решение единственно (возможна проверка).
•То есть наша матрица представляет собой в общем случае ступенчатую матрицу, которую получили преобразованием (Гаусса). Но может быть это случайно? На самом деле любая матрица посредством серии элементарных преобразований может быть приведена к ступенчатой.
•Транспонирование матрицы.
•При транспонировании матрицы строки и столбцы меняются местами. Операция транспонирования обозначается звездочкой или индексом Т.
1 |
2 |
Т |
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
3 |
. |
|
1 |
|
|
2 |
|
||
|
|
|
|
|
ОБРАТНАЯ МАТРИЦА
ОБРАТНАЯ МАТРИЦА
•Обратная матрица вводится по аналогии с алгебраическим соотношением а а -1=1.
•Пусть A – квадратная матрица. Обратной
матрицей к матрице A называется такая матрица A–1, для которой справедливы равенства:
АA–1 = A–1 A = E.
•Таким образом, произведение матрицы на обратную равно единичной матрице.
•Заметим, что не всякая квадратная матрица имеет обратную матрицу.
•Теорема.
Для того, чтобы матрица А имела обратную, необходимо и достаточно, чтобы она была невырожденной (т.е. определитель не равен нулю или все строки – линейно независимы).
Для того, чтобы найти обратную матрицу к матрице второго порядка 2х2:
a bc d
необходимо воспользоваться формулой:
A 1 |
1 |
d |
b . |
|
|
|
|||
|
||||
|
|
a |
|
|
|
ad bc c |
|