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

34490. Русское искусство н.19в.: Романтизм в творчестве живописца О.А. Кипренского 35.5 KB
  В изобразительном искусстве начала столетия сформировалось и новое направление вошедшее в историю под названием романтизма явление европейской культуры в XVIII XIX веках представляющее собой реакцию на Просвещение и стимулированный им научнотехнический прогресс. В начале XIX века романтизм стал обозначением нового направления противоположного классицизму и Просвещению. Героические походы Суворова на рубеже XVIII XIX столетий войны с Наполеоном и наконец народноосвободительная Отечественная война 1812 года а вслед за ней дворянское...
34491. Русское искусство н.19в.: Тенденции реализма в романтическом творчестве В.А.Тропинина. Пейзаж С.Ф. Щедрина 34.5 KB
  Тропинин. С этой же целью Тропинин пытался не показывать явную социальную принадлежность людей. âПортрет Арсения Тропининаâ подкупает искренностью и чистотой эмоций написан он легко и обобщенно. âКружевницаâ одно из самых популярных произведений Тропинина.
34492. Русское искусство н.19в.: А.Г. Веницианов – основоположник русской жанровой живописи 28 KB
  Чтобы верно понять значение творческого наследие Венецианова необходимо вспомнить общее состояние русской художественной культуры первой четверти XIX века. Венецианов.Ранние портретные работы Венецианова несмотря на тонкую одухотворенность казались современникам слишком скромными лишенными артистического блеска недостаточно проникновенными. В самом деле Венецианов не был прирожденным портретистом.
34493. Русское искусство 19в.: От классицизма к романтизму в творчестве К.П. Брюллова 35 KB
  Брюллова. Однако постепенно действительность начинает вторгаться и в мысли и в творчество академиста Брюллова. В подавляющем большинстве портретов Брюллова есть нечто общее герои портретов Брюллова почти всегда привлекательны. Высшими достижениями Брюллова в области интимного портрета по праву можно назвать портрет князя Г.
34494. Русское искусство 19в.: П.А. Федотов – первый русский художник критического реализма 32 KB
  Осенью 1849 года в Академии художеств открылась очередная трехгодичная выставка Всеобщий интерес вызывали три небольшие картины начинающего тогда еще почти безвестного художника Федотова Свежий кавалер Разборчивая невеста и Сватовство майора.Героями картин Федотова стали не знаменитые мужи древности не персонажи евангельских и библейских легенд а простые маленькие люди с их повседневной жизнью обыденными чувствами и негероической судьбой. Новым в художественной системе Федотова был прежде всего дух социального протеста и...
34495. Русская живопись второй половины 19в.: Теория реалистического искусства. Передвижничество. Представители направления 34 KB
  Борьба между новым реалистическим искусством и Академией получила выражение в знаменитом академическом бунте 1863 года: четырнадцать молодых художников выпускников Академии решительно отказались писать программу то есть дипломную картину на заданную тему из древнескандинавской мифологии и демонстративно покинули Академию. Среди них был ряд известных впоследствии художников: возглавлявший группу протестантов И. Выйдя из Академии протестанты образовали Артель художников. Кроме петербургских художников в том же направлении работала в...
34496. Русская живопись к.19-н.20в.: Мир искусства – союз русских художников. Голубая роза. Бубновый валет 51.5 KB
  : Мир искусства союз русских художников. Мир искусства группа в которой зародилось это сильное и влиятельное культурноэстетическое течение возникла в Петербурге в самом начале 1890 годов. Дягилев будущий вдохновитель и руководитель практической деятельности â Мира искусстваâ. Этапным событием на этом пути явилось издание первого номера журнала âМир искусстваâ.
34497. Графический дизайн в 1920-х гг. Окна роста. В. Маяковский. Д.А. Моор. Агитационно-массовое искусство 35.5 KB
  Окна роста. Окна Роста или Окна сатиры Роста особого типа плакаты на политические военные и хозяйственные темы дня которые выпускались с осени 1919 года по январь 1922 года включительно. Окна Роста обладают рядом устойчивых признаков. Типичная структура Окна Роста: несколько от 2 до 14 самостоятельных рисунков расположенных в логической последовательности и вместе с сопровождающим их текстом раскрывающих единую тему.
34498. Конструктивизм – главенствующий стиль Советской России. Этапы развития 32.5 KB
  Конструктивизм возник в Советской России как концепция формообразования в художественном творчестве и производственном искусстве 1920х гг. Первый этап сложения концепции конструктивизма экспериментальнохудожественный. Конструктивизм исходил из концепции построения форм основанной на выражении внутренних структурных связей между абстрактными геометрическими элементами изучении выразительности сочетаний различных материалов.