21178

Алгебраїчні доповнення. Обчислення детермінантів

Реферат

Математика и математический анализ

Означення алгебраїчного доповнення елементу детермінанта. Такий детермінант називається алгебраїчним доповненням елемента даного детермінанта і позначається як : 6. Детермінант дорівнює сумі добутків елементів будьякого рядка детермінанта на їх алгебраїчні доповнення.3 Доведення: Додамо до кожного елементу mго рядка детермінанта 6.

Украинкский

2013-08-02

341.5 KB

10 чел.

PAGE  47

Алгебраїчні доповнення. Обчислення детермінантів.

8. Алгебраїчні доповнення. Означення алгебраїчного доповнення елементу  детермінанта.

 Нехай маємо детермінант:

. (6.1)

Розглянемо тепер детермінант, який відрізняється від даного тим, що , а решта елементів m-го рядка та k-го стовпця дорівнюють нулю. Такий детермінант називається алгебраїчним доповненням елемента  даного детермінанта і позначається як :

 (6.2)

Приклад: 1)

 Алгебраїчне доповнення елемента  дорівнює 

9. Детермінант дорівнює сумі добутків елементів будь-якого рядка детермінанта на їх алгебраїчні доповнення.

 (6.3)

Доведення: Додамо до кожного елементу m-го рядка детермінанта (6.1) (n-1) нулів і скористаємось правилом складання детермінантів:

==

=. (6.4)

В першому детермінанті будемо віднімати -й рядок від останніх, помножених на таке число, щоб у першому стовпці отримати нулі. В результаті в першому стовпці одержимо скрізь нулі, окрім -го рядка, де буде число , яке можна винести за знак детермінанта. Таким же чином поступимо з другим детермінантом по відношенню до другого стовпця і т. д. В результаті будемо мати

== (6.5)

Згідно з правилом транспонування ця властивість розповсюджується і на стовпці

 (6.6)

Формули (6.3) і (6.5) називають формулами розкладення по елементах рядка чи стовпця.

10. Сума добутків елементів k-ого рядка на алгебраїчні доповнення m-го  рядка дорівнює нулю.

Доведення: В рівності

 =  (6.7)

замінимо елементи -го рядка на елементи -го рядка. Оскільки алгебраїчні доповнення елементів -го рядка не залежать від елементів цього рядка, то в рівності (6.7) отримаємо детермінант з двома однаковими рядками:

 =  = 0. (6.8)

Означення. Мінор елемента  є детермінант  порядку, який утворюється з даного детермінанта -го порядка викреслюванням -го рядка і -го стовпця. Будемо позначати його . Не слід плутати його з мінором матриці.

11. Алгебраїчне доповнення елементу  та мінор елементу  зв”язані формулою:

. (6.9)

Доведення. Очевидно, що

 

 

Тепер розглянемо алгебраїчне доповнення . Будемо послідовно переставляти в ньому -ий рядок так, щоб він став на перше місце. При цьому детермінант отримає множник . Аналогічно вчинимо з -тим стовпцем. В результаті будемо мати   =

=  (6.10)

Введення поняття алгебраїчних доповнень і мінорів елементів є окремий випадок більш загальних понять, а саме. Хай  є мінор порядка  квадратної матриці . Мінором , доповняльним до мінора  називається мінором порядка , який утворюється з матриці  шляхом викреслення рядків і стовпців, з яких був складений мінор .

Алгебраїчним доповненням до  називається детермінант

, (6.11)

де  - номери рядів,  - номери стовпців, з яких утворено мінор .

Тоді справедлива теорема Лапласа (Laplace Pierre Simon, 1749-1827, Франція): Хай в матриці вибрано  рядків. Детермінант матриці дорівнює сумі добутків всіх мінорів -го порядку, утворених з цих рядків, на їх алгебраїчні доповнення.

Обчислення детермінантів. На підставі властивостей детермінанта (9) або (11) можна побудувати метод обчислювання детермінантів

, (6.12)

або

, (6.13)

Цим методом дуже широко користуються, бо обчислення детермінантів за означенням в разі високого порядка практично неможливе. Дійсно, для цього треба обчислити  добутків  множників, кожний з яких рівносильний виконанню  попарних множень. Отже для обчислення детермінанта потрібно  попарних множень, які є менш трудомісткою операцією. При  число множень дорівнює , де використана так звана формула Стірлінга (Stirling James, 1692-1770. Шотландія)  для великих чисел .

Метод алгебраїчних доповнень дозволяє замінити обчислення детермінанта -го порядку на обчислення детермінантів  порядку. В свою чергу до цих детермінантів можна знову застосувати це ж правило і таким чином дійти до детермінантів найменшого порядку. Звичайно що кількість детермінантів при цьому зростає. Щоб цього не сталося поєднують властивість розкладення по елементах рядка чи стовпця з властивістю лінійного комбінування рядків чи стовпців детермінанта. Схема алгоритму при цьому виглядає так. Хай треба обчислити детермінант

. (6.14)

Хай . Винесемо з першого рядка  за знак детермінанта

, (6.15)

при цьому потрібно виконати  ділення (ця операція така ж по складності як і множення).

Далі, добавимо до другого рядка перший, помножений на , до третього - перший, помножений на ,і т. д. При цьому потрібно зробити  множень і стільки ж додавань. Одержимо детермінант виду

. (6.16)

Для цього потрібно  множень і ділень та  додавань.

Тепер розкладення по елементах першого стовпця звело задачу до обчислення одного детермінанта  порядку, і цей процес можна продовжити далі. Всього для переходу до детермінанта першого порядку, тобто до числа, потрібно  множень та ділень і  додавань.

Після цього одержане число потрібно помножити на  множників, що виносились за знак детермінанта, тобто ще  множень. Всього при  потрібно  множень та ділень і  додавань. Для сучасних ЕОМ це нескладна задача. Практично, беруть не елемент в лівому верхньому куті детермінанта, бо він може бути близький до нуля, а це дуже знижує точність обчислень, а так званий ведучий елемент - найбільший в рядку чи у всій матриці.

Приклад 1. Знайти детермінант верхньої трикутної матриці

,

де послідовно проводиться розкладення по першому стовпцю.

Приклад 2. Обчислити

.

 Добавимо до всіх рядків перший, помножений на .

.

Приклад 3. Обчислити детермінант -го порядку

 

Прибавимо всі рядки до першого

.

Віднімемо перший рядок з останніх

.

Приклад 4. Обчислити

.

Прибавимо до останнього рядка всі попередні

.

Віднімемо з останнього стовпця передостанній, з передостаннього попередній і т.д.

,

де проведене розкладення по останньому рядку. Тепер віднімемо перший рядок з отанніх

.

Розкладення по останньому стовпцю дасть

 

.

Приклад 5. Обчислити детермінант Вендермонда.

 

Віднімемо з кожного стовпця попередній, помножений на

 

=,

де використано розкладення по першому рядку.

В результаті одержимо детермінант такого ж виду, з яким можна проробити ті ж операції. В результаті маємо

.

Контрольні питання.

1. Дайте означення алгебраїчного доповнення елемента детермінанта.

2. Сформулюйте правило розкладення детермінанта по рядку або стовпцю.

3. Дайте означення мінора елемента детермінанта.

4. Дайте оцінку кількості операцій при обчисленні детермінанта.

5. Чому дорівнює детермінант Вандермонда?

PAGE  

PAGE  47


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80459. WE ARE AT HOME 60 KB
  It is Sunday today. Mrs. Black usually gets up at 8 o’clock and does the cooking breakfast. Kate does the washing up after breakfast. Then Mr. Black and Kate go shopping. They have a dog. Kate walks the dog every day but she never feeds it. Father does it.
80460. Смаки і захоплення 188 KB
  Смаки і захоплення. Вчити учнів розкривати позитивний образ Я; відрізняти здорові і шкідливі захоплення; показати різноманітність смаків і захоплень учнів класу; виховувати здоровий спосіб життя. Повідомлення теми і завдань уроку Кожна людина – це неповторна особистість у якої свої погляди смаки і захоплення.
80461. Множення й ділення круглих чисел 200 KB
  Сучасні підходи до вивчення математики в початковій школі передбачають розвиток уваги спостережливості образного і логічного мислення формують особисті якості дитини: зібраність організованість здатність швидко та якісно приймати рішення доводити і відстоювати свою думку.
80462. Різноманітність тваринного світу. Інтегрований урок (природознавство, математика, трудове навчання) 299.5 KB
  Учити розрізняти групи тварин: хребетні безхребетні; формувати вміння визначити істотні ознаки тварин. Закріплювати знання нумерації багатоцифрових чисел: читати записувати представляти число у вигляді суми розрядних доданків; удосконалювати обчислювальні навички вміння розв’язувати задачі та знаходження...
80463. Київ – столиця України 49 KB
  Мета. Поглиблювати інтерес до історії рідного краю, знайомити дітей з витоками історії українського народу. Формувати знання про Київську Русь, місто Київ, його заснування. Познайомити дітей з визначними місцями столиці. Розвивати вміння фантазувати; прогностичне мислення.
80464. Колір як засіб передавання характеру образу 58.5 KB
  Продовжити знайомити учнів із виражальними можливостями кольорів; учити правильно добирати кольори і створювати засобами кольору певний за характером образ; розвивати фантазію уміння орієнтуватись в мікропросторі зорове сприймання уміння добирати кольори для передавання настрою емоцій...
80465. Тяжко тому жити, хто не хоче робити. Л. Глібов «Коник-стрибунець» 134.5 KB
  Мета: поглибити знання учнів про особливості байок закріпити знання поняття байка байкар розширити знання учнів про життя та творчість Л.Глібова малюнки коника мурашки картки Друкар; дитячі книги з творами Л.Глібова Коник-стрибунець мультиплікаційний фільм аудіо відеоматеріали.
80466. Будь обережним на кризі. Письмовий переказ тексту за складеним планом 43.5 KB
  Мета: вдосконалювати вміння учнів переказувати текст, а також письмово відтворювати зміст прочитаного; збагачувати мовлення учнів новими словами й образними висловами; розширити уявлення про небезпеку, що очікує на льоду, виховувати розуміння необхідності дотримуватись правил безпеки взимку...
80467. Кількість елементів множини. Число 0 81.5 KB
  Мета: виробляти в учнів навички лічби; вчити порівнювати предметні множини за кількістю елементів; визначати спільні ознаки об’єктів множини, розпізнавати елементи множини; Формувати поняття числа; ознайомити учнів з числом і цифрою 0. Розвивати уяву, математичне та логічне мислення...