21192

Множення матриць. Поняття детермінанта

Реферат

Математика и математический анализ

Множення матриць. Розглянемо якісно нову відмінну від введених в попередній лекції операцій а саме нелінійну операцію множення матриць. Визначити операцію множення матриць це означає вказати яким чином даній парі матриць ставиться у відповідність третя матриця яка і буде їх добутком.

Украинкский

2013-08-02

255.5 KB

2 чел.

Множення матриць. Поняття детермінанта.

Множення матриць. Розглянемо якісно нову, відмінну від введених в попередній лекції операцій, а саме нелінійну операцію - множення матриць. Визначити операцію множення матриць - це означає вказати, яким чином даній парі матриць ставиться у відповідність третя матриця, яка і буде їх добутком. Щоб ввести таке визначення, повернемось до системи рівнянь (3.1), з якої було вилучено поняття матриці . Нехай кожна величина  в цій системі залежить від змінних , , які можуть визначати кількість виробів, випущених -тим цехом кожного з заводів.

 (4.1)

Ця залежність характеризується матрицею , де , , тобто матриця B має розмірність . Якщо підставити відношення (4.1) в систему (3.1) і призвести подібні члени, то отримаємо формули, які виражають величини через величини :

 (4.2)

Таким чином, величини  та  зв”язані системою рівнянь (4.2). Тільки тепер ця система характеризується матрицею C з елементами:

 (4.3)

Природно вважати цю матрицю добутком матриць A та B: . Більш детально. Якщо

, , (4.4)

то  

. (4.5)

Елементи матриці  визначаються за формулами (4.3), які можна розглядати як множення m-го рядка матриці А на j-й стовпець матриці В. З цього витікає, що для можливості множення матриць кількісь стовпців в лівій матриці А повинна дорівнювати кількості рядків в правій матриці В, тобто можна множити матрицю mn тільки на матрицю . З цього також витікає, що якщо добуток  можливий, то добуток  може бути і неможливим, а якщо він і можливий, то матиме інший результат.

Приклад 1:

, .

Тоді одержимо добуток:

=

Добуток  неможливий.

Приклад 2:

 В цьому випадку можливі обидва добутки, але результати будуть різні:

 

 З визначення добутку випливають властивості множення матриць:

1)  AB  BA,

2)  (AB)C = A(BC),

3)  (A+B)C = AC+BC,   (4.6)

4)  AE = A, де E - одинична матриця.

Приклад 3. ,  ,  .

Знайти і .

1)

.

2)

.

 Слід підкреслити, що множення матриць є нелінійною операцією, якісно відмінною від додавання матриць та множення на число, які є лінійними операціями. Якісна відмінність цих операцій виявляється в тому, що лінійні операції переносяться без змін з цілого на складові частини, а нелінійні операції такою властивістю не володіють. Наприклад, хай маємо матриці  та , кожна з яких являє собою суму двох інших матриць. Множення матриць  та  на числа  та  зведеться до множення їх складових:

, . (4.7)

Сума матриць  та  рівносильна сумі їх складових:

 (4.8)

Множення матриць таких властивостей не мають. Дійсно, в добутку  крім добутку однойменних складових з”явились і перехресні добутки. Особливо наочно це проявляється при піднесенні до квадрату:

 (4.9)

Введення добутку элементів множини дозволяє визначити більш складні математичні структури, ніж лінійні простори, а саме алгебри. Більш точно, множина елементів лінійного простору, де введено операцію множення двох елементів, яка задовольняє властивостям, аналогічним властивостям дійсних чисел (1-9) (Лекція 2) називають алгеброю. Приклад: Множина квадратних матриць одинакової розмірності.

Поняття детермінанта. З квадратною матрицею можна зв”язати дуже важливу числову характеристику. Ця характеристика обчислюється за элементами матриці, але походження процедури обчислення цієї характеристики зв”язано з розв”язанням системи лінійних рівнянь. Розглянемо. наприклад, систему трьох рівнянь

 (4.10)

Розв”язуючи цю систему за допомогою підстановок знайдемо, що , де

     (4.11)

 (4.12)

Права частина в формулі (4.11) складається з елементів матриці А системи рівнянь, причому в кожний добуток входить по одному елементу з кожного рядка та кожного стовпця цієї матриці. Перші індекси елементів знаходяться в порядку зростання, а другі утворюють всі можливі перестановки, причому добуток входить із знаком (+), якщо другі індекси складають парну перестановку, і з знаком (-), якщо непарну. Формула (4.12) утворюється по тому ж правилу з матриці, яка відрізняється від А тим, що її перший стовпець замінено на стовпець з вільних членів  системи (4.10).

Число, яке обчислюється за елементами матриці таким чином, називається детермінантом (визначником) матриці: .

Термін детермінант в сучасному значенні ввів О. Коші в 1815р. (Cauchy Augustin, 1789-1857, Франція) Ідея детермінанта належить Г Лейбніцу, який в 1693р. застосував його для розв”язання системи рівнянь. Потім в 1750р. метод детермінантів знову був розроблений Г. Крамером (Cramer Gabriel, 1704-1752, Швейцарія). А. Вандермонд (Vandermonde A.T., 1735-1796, Франція) в 1772 опублікував перше широке вивчення детермінантів, а повну їх теорію дали в 1812р. Ж. Біне (Binet J.F.M., 1786-1856, Франція) і О. Коші.

Детермінант можна записати за допомогою квадратної таблиці елементів , позначивши її, на відміну від матриці, прямими дужками (таке позначення ввів А. Кєлі в 1841р.)

(4.13)

Кількість рядків, чи стовпців, визначає порядок детермінанту. (4.13) є детермінант 3-го порядку. Для розкриття цієї таблиці існує зручне мнемонічне правило Саррюса.

 (4.14)

Тут лінії з’єднують елементи, які потрібно помножити. Аналогічно обчислюється детермінант другого порядку:

,  (4.15)

або застосовуючи мнемонічне правило

.

Приклад 4.

.

Узагальнюючи формули (4.13) та (4.15) можна сформулювати поняття детермінанта n-го порядка: - це є таблиця з n рядків та n стовпців, яка розкривається за правилом

== (4.16)

де сума береться за всіма можливими перестановками другого індексу, а  позначає число інверсій в цих перестановках. Ця сума є сума доданків, кожне з яких являє собою добуток n чисел, взятих по одному з кожного рядка та кожного стовпця детермінанта та розташованих таким чином, що перший індекс множника утворює основну перестановку (натуральний порядок), а другий індекс утворює всі можливі перестановки. Знак перед добутком визначається парністю перестановки другого індекса.

Контрольні питання.

1. Сформулюйте правило множення матриць.

2. Які матриці називаються комутуючими?

3. Як розкриваються детермінанти другого та третього порядку?

4. Сформулюйте поняття детермінанту довільного порядку.

PAGE  39


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20312. Древнерусское искусство: архитектура, иконопись, литература, театр 242 KB
  С образованием государственности и принятием христианства из Византии на Русь пришли новые для нее виды монументальной живописи мозаика и фреска а также станковая живопись иконопись. Византия познакомила русских художников с новой для них техникой живописи дала им иконографический канон неизменность которого строго оберегалась церковью. Это в известной степени сковывало художественное творчество и предопределяло более длительное и устойчивое византийское влияние в живописи нежели в архитектуре. Самые ранние из сохранившихся...
20313. Театр эпохи Романтизма 174 KB
  Театр в эпоху романтизма 27 марта Международный день театра. Во Франции где были сильны традиции классицизма формирование сценического романтизма длилось дольше протекало в острой борьбе с классицизмом. В 1827 было опубликовано предисловие Гюго к его драме Кромвель теоретический манифест романтизма.
20314. Роль фактурной обработки декораций в создании зримого образа спектакля 54.5 KB
  Фактурная обработка декораций занимает одно из ведущих мест в производстве оформления для сцены. Художественное качество исполняемых декораций находится в прямой зависимости от правильно выбранного способа обработки технологии изготовления фактур. Режиссер должен быть знаком с основным технологическим процессом изготовления декораций материалами и инструментами приспособлениями для изготовления бутафории влияющими на качественные характеристики стилевой целостности всего зрелища.
20315. СЦЕНОГРАФИЯ (художественно-декорационное оформление) 121.5 KB
  Вследствие того что образный строй сценографии основывается на зрительном восприятии в конкретном произведении он выражается через определенный материал обладающий параметрами пространства. Развитие простых видов искусства в которых доминирует отдельный вид пространственного вида материала является для сценографии своеобразным лабораторным экспериментом в результате которого проверяется одна из его граней. Дать представление о видах способах и средствах выразительности сценографии о технических возможностях сцены и сценического...
20316. Акимов Н.П. как режиссер и художник 202.5 KB
  Николай Акимов Дата рождения: 16 апреля 1901 Место рождения: город Харьков Дата смерти: 6 сентября 1968 67 лет Место смерти: Москва Гражданство: Российская империя СССР Жанр: театральный режиссёр театральный педагог Награды: Никола́й Па́влович Аки́мов 1901 1968 советский живописец и книжный график театральный художник режиссёр и педагог с 1935по 1949 и с 1956 до конца жизни возглавлявший Ленинградский театр Комедии Народный артист РСФСР Народный артист СССР1960[1].1 Театр им.2 Новый театр Ленинградский театр им.3 Ленинградский...
20317. Европейская культура средневековья: философия, архитектура, литература, театр, музыка 107.5 KB
  Содержание: Введение Особенности культуры западноевропейского Средневековья Аспекты интеллектуальной и художественной культуры западноевропейского Средневековья: Философия Литература Театр и драматургия Музыка Архитектура и строительство Изобразительное искусство Заключение Литература Введение Средние века это время которое находится посередине между Античностью и Новым Временем и по какойто невероятной причине не имеет своего собственного названия.222 14] Историческая ситуация средних веков не может быть както однозначно...
20318. Русское актерское искусство второй половины XX века 98.5 KB
  Восстановление зданий театров развитие киносети расширение издательской деятельности все это создавало необходимые условия для оживления культурной жизни общества. вышли постановления ЦК ВКПб: €œО журналах €œЗвезда€ и €œЛенинград€ €œО репертуаре драматических театров и мерах по его улучшению€ €œО кинофильме €œБольшая жизнь€ €œОб опере €œВеликая дружба€ В. В этих постановлениях писатели журналисты композиторы деятели кино и театра обвинялись в аполитичности и безыдейности в пропаганде буржуазной идеологии. Лишение поддержки со...
20319. Творческое сотрудничество режиссера и художника 123.5 KB
  ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОВРЕМЕННОЙ РЕЖИССУРЫ Режиссерское искусство заключается в творческой организации всех элементов спектакля с целью создания единого гармонически целостного художественного произведения. Но такая случайная неофициальная режиссура редко доводила задачу создания идейнохудожественного единства спектакля до конца: разнобой между отдельными его элементами в той или иной степени оказывался неизбежным. Это же происходило и в тех случаях когда коллектив не имея единоличного руководителя сам пытался добиться творческой...
20320. Русский театр второй половины ХVIII- начале XIX века 1.08 MB
  Театральная жизнь в XIX веке не просто развивалась она по настоящему зацвела. Именно в это время стали появляться первые театры сохранившиеся по сей день писаться пьесы тематика которых актуальна и сегодня и наконец именно в этом столетии появились первые актеры и театральные критики чьи имена вошли в историю искусства. Театральное искусство этого времени прощалось с екатерининской эпохой с ранним русским классицизмом. Вторым по значимости историческим событием оказавшим влияние на становление театра в XIX веке стало восстание...