- •§ 2. Детермінант матриці
- •Властивості детермінантів
- •§ 3. Методи обчислення детермінантів матриць.
- •· Метод приведення до трикутного вигляду.
- •· Метод рекурентних співвідношень.
- •1.45. Приклад.
- •1.46. Приклад.
- •· Метод представлення визначника у вигляді суми визначників
- •1.47. Приклад.
- •· Метод заміни елементів визначника.
- •§ 4. Мінори. Мінори довільного порядку. Ранг матриці.
- •· Мають місце наступні теореми про базисний мінор
- •§ 5 Множення матриць. · Властивості множення матриць.
- •1.61. Приклад.
- •§ 6. Елементарні перетворення як множення матриць. Детермінант добутку.
- •§ 7. Система лінійних алгебраїчних рівнянь.
- •· Правило Крамера.
- •§ 8. Загальна теорія лінійних систем.
- •§ 9. Критерій Фредгольма.
- •§ 10. Знаходження розв’язків слар.
- •§ 11. Множина розв’язків однорідної системи. Загальний розв’язок системи лінійних рівнянь.
· Правило Крамера.
Почнемо розгляд з найпростішого випадку, коли число рівнянь в СЛАР дорівнює числу невідомих і, крім того, будемо вважати, що рівняння лінійно незалежні (це означає, що стрічки основної матриці системи є лінійно незалежними). У випадку, коли для лінійної незалежності рівнянь системи достатньо вимагати, щоб детермінант матриці системи був відмінним від нуля.
1.78. Теорема. Правило Крамера. СЛАР з n рівнянь відносно n невідомих.
у випадку, коли визначник матриці системи відмінний від нуля, має єдиний розв’язок, який визначається наступним чином , де – детермінант матриці системи, а – детермінант матриці, отриманої з матриці системи шляхом заміни і-ого стовпчика на стовпчик вільних членів, тобто
Добавимо зверху до розширеної матриці системи, яка має розміри довільну її стрічку, номер якої j. В результаті маємо квадратну матрицю порядку , в якій дві стрічки співпадають, тому її визначник дорівнює нулю. Обчислимо цей визначник, розклавши його за 1-ою стрічкою
.
Тут – детермінант матриці, отриманої з розширеної матриці системи А* викреслюванням і-ого стовпчика. Так як , то
, ,
якщо ввести формальне позначення , тоді
,
таким чином визначений набір чисел задовільняє рішенню системи. Суттєво, що числа не залежать від j, а тому задовільняють всім рівнянням системи, тобто є її розв’язком. Існування розв’язку доведено.
Приведемо вираз для до потрібного вигляду, переставивши в визначнику останній стовпчик b на і-е місце, тобто поміняємо місцями цей стовпчик послідовно з стовпчиками з номерами . Всього потрібно перестановок, тому
.
Доведемо єдиність отриманого розв’язку методом від противного. Нехай є два розв’язки системи і . Запишемо систему у вигляді :
або ,
де – стовпчики матриці системи, – стовпчик вільних членів. Результат підстановки розв’язків і в систему має вигляд
отже
Якщо розв’язки не співпадають, то хоча б одна з різниць , відмінна від нуля, а це означає, що стовпчики є лінійно залежні, а цього бути не може, тому що з самого початку припускались, що . Зауважимо, що не використовувалось співпадання числа рівнянь і числа невідомих, тобто по суті доведено більш сильне твердження: якщо стовпчики матриці є лінійно незалежні, то система не може мати двух різних розв’язків.
Це твердження стане особливо прозорим після доведення теореми Кронекера-Капеллі в наступному параграфі.
1.79. Теорема. Кожна квадратна матриця з детермінантом, відмінним від нуля, має обернену матрицю, і притому тільки одну.
Дійсно, при любому j стовпчик хj матриці Х повинен задовільняти умові , де – j-ий стовпчик одиничної матриці, тобто
Згідно правилу Крамера ця система рівнянь має єдиний розв’язок, отже кожен стовпчик матриці однозначно визначений.
З властивостей оберненої матриці
, , , , .
Можна розв’язувати систему і методом Гауса. Так як , то елементарними перетвореннями можемо перетворити матрицю А в одиничну матрицю. При цьому стовпчик вільних членів перетвориться в розв’язки системи , в яких в цьому випадку відсутні параметричні невідомі. При різних j системи рівнянь відрізняються тільки стовпчиками вільнмх членів. Тому елементарні перетворення стрічок розширеної матриці одні і ті ж при любих j. Ми можемо розв’язувати всі системи одночасно, приписавши до А стовпчики вільних членів всіх систем :
Якщо ми при допомозі елементарних перетворень стрічок матриці перетворимо її ліву половину в одиничну матрицю, то при цьому її права половина перетвориться в матрицю .