35854

Ранг матрицы. Теорема о базисном миноре

Доклад

Математика и математический анализ

Ранг матрицы Пусть прямоугольная матрица размера : . Назовем арифметическими мерными векторами упорядоченные наборы чисел строки матрицы и обозначим их через . Элементы стоящие на пересечении выбранных строк и столбцов образуют определитель порядка который называется минором порядка матрицы .

Русский

2013-09-20

169.21 KB

10 чел.

Ранг матрицы. Теорема о базисном миноре.

Ранг матрицы

Пусть - прямоугольная матрица размера :

.

Назовем арифметическими -мерными векторами упорядоченные наборы чисел, строки матрицы , и обозначим их через , ,…,.

Нулевым арифметическим вектором назовем .

Будем говорить, что система векторов линейно зависима, если , не все равные нулю, что .

Система векторов называется линейно независимой, если она не является линейно зависимой.

Определение 3. Пусть - прямоугольная матрица размера . Выберем в произвольные строк и столбцов. Элементы, стоящие на пересечении выбранных строк и столбцов, образуют определитель порядка , который называется минором порядка матрицы .

Определение 4. Наивысший порядок отличных от нуля миноров матрицы называется рангом матрицы .

Обозначение ранга : .  

Теорема 1 (о базисном миноре). Столбцы, содержащие базисный минор, линейно независимы. Любой столбец матрицы является линейной  комбинацией  базисных  столбцов  одного  и того же базисного минора.

Доказательство. Пусть и отличен от нуля минор , расположенный в первых строках и первых столбцах матрицы , т.е. в левом верхнем углу:

.

Докажем сначала, что арифметические векторы

, ,

составляют линейно независимую систему.

Допустим, что линейно зависимы, тогда , , что  , т.е. выполняется система тождеств:

                           (7.4)

Первые равенств системы (7.4) можно переписать в виде

.

Учитывая, что , получим

;

-й столбец определителя оказался линейной комбинацией остальных. Тогда - противоречие, и, следовательно, векторы линейно независимы.

Докажем теперь, что любой столбец матрицы является линейной комбинацией первых столбцов.

Рассмотрим вспомогательный определитель

,

полученный "окаймлением" минора элементами -й строки и -го  столбца, . Утверждается, что .

Действительно, возможны два случая.

Случай 1: . Тогда - минор матрицы порядка и по условию (наивысший порядок отличных от нуля миноров равен , следовательно, все миноры порядка равны нулю).

Случай 2: . Тогда содержит две одинаковые строки, следовательно, .

Итак, всегда . Разложим по последней строке.

Отметим, что если - алгебраическое дополнение к элементу из последней строки определителя , то

,

и не зависит от  ( был номером строки в матрице , а в эти элементы занимают -ю строку). Поэтому алгебраические дополнения к элементам в , , можем обозначить .

.

Полагая , получим равенств:

,

,

…………………………………………

,

или в матричной форме:

,

т.е. -й столбец матрицы оказался линейной комбинацией первых столбцов с коэффициентами .

Было принято, что .

Если , то

.

Таким образом, любой столбец матрицы является линейной комбинацией базисных столбцов.

Теорема доказана.

Замечание. Аналогичное утверждение справедливо и для строк: строки, содержащие базисный минор, линейно независимы, через них линейно выражаются все остальные строки матрицы.

Теорема 2. Если в матрице некоторый минор порядка отличен от нуля, а все окаймляющие его миноры равны нулю, то .  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11598. Определение момента инерции тел относительно оси методом крутильных колебаний 208 KB
  Фронтальная лабораторная работа по механике: Определение момента инерции тел методом крутильных колебаний. Цель работы: а определить момент инерции тела относительно оси
11599. Определение удельной теплоемкости металлов методом охлаждения. 51 KB
  Определение удельной теплоемкости металлов методом охлаждения. Цель работы: определить удельную теплоемкость неизвестного металла. Приборы и принадлежности: милливольтметр для измерения температуры секундомер технические весы щипцы. Порядок выполнения работ
11600. Определение скорости шаров после упругого и неупругого ударов. Проверка закона сохранения импульса 63.5 KB
  В проведенной нами лабораторной работе с помощью установки ФПМ-08 мы определил скорости шаров после упругого и неупругого ударов. При этом мы использовали закон сохранения импульса для замкнутой системы тел, понятия упругого и неупругого ударов. Скорость мы определяли по её описанной выше зависимости от начального угла...
11601. Измерить начальную скорость, сообщенную телу в горизонтальном направлении при его движении под действием силы тяжести 40 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 Цель работы: измерить начальную скорость сообщенную телу в горизонтальном направлении при его движении под действием силы тяжести. 1 Нахождение начальной скорости тела Опыт №1: Со стола Номер опыт
11602. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ 2.67 MB
  Лабораторная работа № 13 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Практическое освоение магнитометрического метода измерения горизонтальной составляющей напряженности индукции магнитного поля Земли. ПРИБОРЫ: 1.Тангенсгаль
11603. Определение момента инерции тел методом крутильных колебаний. 67 KB
  Лабораторная работа №5 Определение момента инерции тел методом крутильных колебаний Цель работы: Определить момент инерции тела относительно оси проходящей через центр масс тела; Проверить теорему Штейнера. Принадлежности: трифимерный подвес т...
11604. Определение ЭДС 261.5 KB
  Лабораторная работа по курсу физики Определение ЭДС Цель работы: Определение ЭДС и проверка закона Ома для полной цепи. 1. СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТА 2. ОСНОВНАЯ РАСЧЕТНАЯ ФОРМУЛА 1 где Е ЭДС источника тока ...
11605. МЕТОД РЕШАЮЩИХ МАТРИЦ Г.С.ПОСПЕЛОВА 121.5 KB
  Лабораторная работа №1 4 часа МЕТОД РЕШАЮЩИХ МАТРИЦ Г.С.ПОСПЕЛОВА Цель работы: изучение метода организации сложных экспертиз предложенного Г.С.Поспеловым. Задачи работы: Освоить предлагаемый метод. Научиться решать задачи используя электронны
11606. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПОСРЕДНИЧЕСКОЙ ФИРМЫ 522 KB
  Лабораторная работа №2 4 часа ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПОСРЕДНИЧЕСКОЙ ФИРМЫ Цель работы: изучение одного из возможных применений метода организации сложных экспертиз предложенного Г.С.Поспеловым. Задачи работы: Научиться применять предлагаемый метод ...