Прикладная математика

Лекция 1 · Часть I

Матрицы и определители

Уже открыта
1

Матрица — таблица чисел

Матрица — это таблица из чисел: ряды и колонки. Как коробка конфет, где каждая на своём месте.

Элемент
Строка
Столбец
Диагональ
таблица конфет
A = (aᵢⱼ), размер m × n
aᵢⱼ — конфетка в строке i и столбце j. Строк m, столбцов n.

Запомни

  • Квадратная: строк столько же, сколько столбцов.
  • Единичная E: единицы на диагонали, остальное нули.
  • Умножать можно, если столбцов первой равно строкам второй.
  • Порядок важен: AB и BA обычно разные.

Слова для взрослых

матрица
таблица из чисел по строкам и столбцам
главная диагональ
клетки от левого верхнего угла к правому нижнему
транспонирование
строки становятся столбцами
Как называется таблица из чисел по строкам и столбцам?

Матрица.

2

Определитель

Определитель — одно число, которое считаем из квадратной таблицы. Один итог за всю таблицу.

  1. Перемножь числа по главной диагонали ↘
  2. Перемножь числа по побочной диагонали ↙
  3. Из первого произведения вычти второе
для таблицы 2 × 2
det A = a₁₁·a₂₂ − a₁₂·a₂₁
Пример: |2 3; 5 7| = 2·7 − 3·5 = −1.

Запомни

  • Таблица 3 × 3 считается по правилу треугольников (Саррюса).
  • Треугольная матрица: произведение чисел на главной диагонали.
  • Ряд из одних нулей — определитель равен нулю.
  • det(AB) = det A · det B.

Слова для взрослых

определитель
число, которое считаем из квадратной таблицы
минор
меньший определитель, если вычеркнуть строку и столбец
алгебраическое дополнение
минор со знаком «плюс» или «минус»
Что надо вычесть при подсчёте определителя 2 × 2?

Произведение побочной диагонали.

3

Обратная матрица

Обратная матрица — как шаг назад после шага вперёд. Она возвращает всё на место.

Матрица A
det A ≠ 0?
Считаем A∨
Получаем A⁻¹
если определитель не ноль
A⁻¹ = (1 / det A) · A∨
A∨ — присоединённая: из алгебраических дополнений, транспонированная. A · A⁻¹ = E.

Запомни

  • Если det A = 0, обратной матрицы нет.
  • Второй способ: приписать E справа и преобразовать строки.
  • AX = B → X = A⁻¹·B. XA = B → X = B·A⁻¹.
  • det(A⁻¹) = 1 / det A.

Слова для взрослых

обратная матрица
матрица, которая при умножении даёт единичную E
единичная матрица E
единицы на диагонали, остальное нули
невырожденная
определитель не равен нулю
Когда у матрицы есть обратная?

Когда определитель не равен нулю.

4

Ранг матрицы

Ранг — сколько «главных» строк в таблице. Остальные строки получаются из них.

  1. Меняй строки местами или умножай на число
  2. Прибавляй к строке другую строку
  3. Считай ненулевые строки — это ранг
элементарные преобразования
r(A) — ранг: максимальный порядок ненулевого минора
Проще: сколько строк остаётся после упрощения.

Запомни

  • Окаймляющие миноры: добавляй строку и столбец к ненулевому минору.
  • Строки независимы, если ни одна не выражается через другие.
  • Ранг не меняется при транспонировании и преобразованиях.
  • Матрица из одних нулей: ранг равен нулю.

Слова для взрослых

ранг
максимальный порядок ненулевого минора
базисный минор
ненулевой минор порядка, равного рангу
линейная зависимость
одна строка выражается через остальные
Какой ранг у матрицы, где все элементы нули?

Ноль.

Оригинал в курсе: MatrixDeterminant.pdf
Практики по теме: №1 — Матрицы; №2 — Определители