P 1 = P 1 1 = P 1, P 1 2 =

Podobné dokumenty
1 Determinanty a inverzní matice

10. Soustavy lineárních rovnic, determinanty, Cramerovo pravidlo

Kapitola 11: Vektory a matice 1/19

[1] Determinant. det A = 0 pro singulární matici, det A 0 pro regulární matici

Matematika 2 pro PEF PaE

Determinanty. Determinanty. Přednáška MATEMATIKA č. 3. Jiří Neubauer

Kapitola 11: Vektory a matice:

Matematika B101MA1, B101MA2

1 Linearní prostory nad komplexními čísly

Maticí typu (m, n), kde m, n jsou přirozená čísla, se rozumí soubor mn veličin a jk zapsaných do m řádků a n sloupců tvaru:

DEFINICE Z LINEÁRNÍ ALGEBRY

12. Determinanty. 12. Determinanty p. 1/25

Lineární algebra. Matice, operace s maticemi

Determinanty. Obsah. Aplikovaná matematika I. Pierre Simon de Laplace. Definice determinantu. Laplaceův rozvoj Vlastnosti determinantu.

1 Vektorové prostory.

Operace s maticemi. 19. února 2018

Matice. Modifikace matic eliminační metodou. α A = α a 2,1, α a 2,2,..., α a 2,n α a m,1, α a m,2,..., α a m,n

Základy maticového počtu Matice, determinant, definitnost

(Cramerovo pravidlo, determinanty, inverzní matice)

Operace s maticemi

Soustavy. Terminologie. Dva pohledy na soustavu lin. rovnic. Definice: Necht A = (a i,j ) R m,n je matice, b R m,1 je jednosloupcová.

Číselné vektory, matice, determinanty

Soustava m lineárních rovnic o n neznámých je systém

Lineární algebra : Násobení matic a inverzní matice

0.1 Úvod do lineární algebry

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Vlastní čísla a vlastní hodnoty. študenti MFF 15. augusta 2008

Lineární algebra : Násobení matic a inverzní matice

Determinant matice řádu 5 budeme počítat opakovaným použitím rozvoje determinantu podle vybraného řádku nebo sloupce. Aby byl náš výpočet

Základy matematiky pro FEK

4. Trojúhelníkový rozklad p. 1/20

SOUČIN MATIC A m n B n p = C m p, přičemž: a i1 b 1j +a i2 b 2j + +a in b nj = c ij, i=1 m, j=1 p. Např: (-2) = -3

Determinant. Definice determinantu. Permutace. Permutace, vlastnosti. Definice: Necht A = (a i,j ) R n,n je čtvercová matice.

Soustavy lineárních rovnic

ČTVERCOVÉ MATICE. Čtvercová matice je taková matice, kde počet řádků je roven počtu jejích sloupců. det(a) značíme determinant čtvercové matice A

Soustavy lineárních rovnic

D 11 D D n1. D 12 D D n2. D 1n D 2n... D nn

Soustavy linea rnı ch rovnic

Lineární algebra. Soustavy lineárních rovnic

Matematika 1 MA1. 2 Determinant. 3 Adjungovaná matice. 4 Cramerovo pravidlo. 11. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 29

Matice. Předpokládejme, že A = (a ij ) je matice typu m n: diagonálou jsou rovny nule.

0.1 Úvod do lineární algebry

VI. Maticový počet. VI.1. Základní operace s maticemi. Definice. Tabulku

Matematika (CŽV Kadaň) aneb Úvod do lineární algebry Matice a soustavy rovnic

Vektory a matice. Obsah. Aplikovaná matematika I. Carl Friedrich Gauss. Základní pojmy a operace

Lineární algebra Operace s vektory a maticemi

Necht tedy máme přirozená čísla n, k pod pojmem systém lineárních rovnic rozumíme rovnice ve tvaru

8 Matice a determinanty

Soustavy lineárních rovnic a determinanty

HODNOST A DETERMINANT MATICE, INVERZNÍ MATICE

[1] LU rozklad A = L U

MATICE. a 11 a 12 a 1n a 21 a 22 a 2n A = = [a ij]

Lineární algebra - I. část (vektory, matice a jejich využití)

A0M15EZS Elektrické zdroje a soustavy ZS 2011/2012 cvičení 1. Jednotková matice na hlavní diagonále jsou jedničky, všude jinde nuly

VĚTY Z LINEÁRNÍ ALGEBRY

Aplikovaná numerická matematika - ANM

2. Lineární algebra 2A. Matice a maticové operace. 2. Lineární algebra

Symetrické a kvadratické formy

Uspořádanou n-tici reálných čísel nazveme aritmetický vektor (vektor), ā = (a 1, a 2,..., a n ). Čísla a 1, a 2,..., a n se nazývají složky vektoru

Cvičení 5 - Inverzní matice

označme j = (0, 1) a nazvěme tuto dvojici imaginární jednotkou. Potom libovolnou (x, y) = (x, 0) + (0, y) = (x, 0) + (0, 1)(y, 0) = x + jy,

Numerické metody a programování

Základy matematiky pro FEK

MATEMATIKA PRO PŘÍRODNÍ VĚDY LINEÁRNÍ ALGEBRA, DIFERENCIÁLNÍ POČET MPV, LADP TUL, ZS 2009/10

a + b + c = 2 b + c = 1 a b = a 1 2a 1 + a a 3 + a 5 + 2a 2 + a 2 + a

2 Vektory a vektorové prostory Lineární závislost a nezávislost vektorů Souřadná soustava a báze... 26

Drsná matematika I 5. přednáška Vektory a matice

Uzavřené a otevřené množiny

Čtvercové matice. Čtvercová matice je taková matice, jejíž počet řádků je roven počtu jejích sloupců

vyjádřete ve tvaru lineární kombinace čtverců (lineární kombinace druhých mocnin). Rozhodněte o definitnosti kvadratické formy κ(x).

KATEDRA INFORMATIKY UNIVERZITA PALACKÉHO DAGMAR SKALSKÁ VÝVOJ TOHOTO UČEBNÍHO TEXTU JE SPOLUFINANCOVÁN

Matematický ústav Slezské univerzity v Opavě Učební texty k přednášce ALGEBRA I, zimní semestr 2000/2001 Michal Marvan. 7.

Všechno, co jste kdy chtěli vědět o maticích, ale báli jste se zeptat

7. Lineární vektorové prostory

2.6. VLASTNÍ ČÍSLA A VEKTORY MATIC

Kolik existuje různých stromů na pevně dané n-prvkové množině vrcholů?

Množinu všech matic typu m n nad tělesem T budeme označovat M m n (T ), množinu všech čtvercových matic stupně n nad T pak M n (T ).

HODNOST A DETERMINANT MATICE, INVERZNÍ MATICE

Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering Czech Technical University in Prague

Cvičení z Numerických metod I - 12.týden

IB112 Základy matematiky

maticeteorie 1. Matice A je typu 2 4, matice B je typu 4 3. Jakých rozměrů musí být matice X, aby se dala provést

Numerické metody a programování. Lekce 4

Afinita je stručný název pro afinní transformaci prostoru, tj.vzájemně jednoznačné afinní zobrazení bodového prostoru A n na sebe.

Vlastní číslo, vektor

p, q dvě permutace na množině X, pak složené zobrazení, tj. permutaci, q p : X X nazýváme složení permutací p a q (v tomto pořadí).

Připomenutí co je to soustava lineárních rovnic

ftp://math.feld.cvut.cz/pub/olsak/linal/

z textu Lineární algebra

Úvod do lineární algebry

Co je obsahem numerických metod?

1 Kvadratické formy. 2 Matice kvadratické formy. Definice Necht B je bilineární forma na V. Q B : V R. Q B (x) = B(x, x), x V

Cílem této kapitoly je uvedení pojmu matice a jejich speciálních typů. Čtenář se seznámí se základními vlastnostmi matic a s operacemi s maticemi

1.1 Operace s maticemi Soustavy lineárních rovnic Maticové rovnice a výpočet inverzní matice Elementární matice...

3. Matice a determinanty

2. ZÁKLADY MATICOVÉ ALGEGRY 2.1. ZÁKLADNÍ POJMY

5. Maticová algebra, typy matic, inverzní matice, determinant.

Lineární algebra : Skalární součin a ortogonalita

[1] Motivace. p = {t u ; t R}, A(p) = {A(t u ); t R} = {t A( u ); t R}

Vektory a matice. Petr Hasil. Podpořeno projektem Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF)

ALGEBRA A TEORETICKÁ ARITMETIKA. 1. část - Lineární algebra. doc.rndr. Jarmila Novotná, CSc. doc.rndr. Milan Trch, CSc.

Transkript:

1 Výpočet inverzní matice Věta 1 Necht P U elementární matice vzniklá el úpravou U Pak je P U regulární Důkaz: Protože elementární úprava U je invertovatelná, existuje el úprava U, která vrací změny U zpět, tj P U P U E Je snadné si rozmyslet, že pokud nejprve provedeme s maticí E úpravu U, pak U vrací zase vše zpět, tj P U P U E Ukázky elementárních matic a jejich inverzí: P 1, α 0 0 P 2, α 1 0 P 3, Věta 2 Pokud A E, pak A je regulární P 1 2 P 1 2 P 1 1 P 1, 1/α 0 0, α 1 0 Důkaz: Pokud A E, pak E C A, kde C je součin el matic Tvrdíme, že C A 1 Musíme tedy ještě ověřit, že A C E Protože C je součin el matic, které jsou regulární, C je také regulární, protože součin regulárních matic je regulární Z rovnosti E C A po vynásobení C 1 zleva dostaneme, C 1 A To ale znamená, že A C C 1 C E Předchozí věta nám dává návod, jak inverzní matici hledat Pokud budeme schopni najít el úpravy, které převedou zadanou matici na jednotkovou, pak součin odpovídajících el matic nám dá matici inverzní Necht A je matice typu n, n a E je jednotková matice stejného typu Pokud A E, pak můžeme A 1 najít pomocí Gaussovy eliminační metody následovně: A E E B, tj upravujeme obě matice A, E stejnými el úpravami tak, aby se A převedla na E Matice E se těmito úpravami převede na matici B Pak existuje součin el matic C tž E C A a B C E To ale znamená, že B C Z důkazu předchozí věty víme, že C A 1 2 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 6 4 1 0 0 1 A 2 1 1 1 1 1 6 4 1 1 1 1 0 1 0 2 1 1 1 0 0 6 4 1 0 0 1 1 1 0 0 5 3 2 0 1 0 7 4 3 0 0 1 2 2 1

A 1 5 3 2 7 4 3 2 2 1 Věta 3 Necht A je regulární matice typu n, n Pak A E Důkaz: Sporem: budeme předpokládat, že A E a A je regulární tj A 1 existuje Víme, že A B, kde B je horní trojúhelníková Ukážeme, že pokud A E, pak B musí obsahovat nulový řádek Kdyby ne, tak vzhledem k tomu, že B je typu n, n, musí být na diagonále matice B nenulové prvky, protože každý následující řádek má na začátku alespoň o jednu nulu víc Pak ale můžeme pomocí Gaussovy-Jordanovy eliminace ukázat, že A B E, což je spor s naším předpokladem, že A E Skutečně, situace vypadá takto symbol označuje libovolné nenulové číslo a libovolné číslo: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Alespoň poslední řádek matice B tedy musí být nulový Pak 0 0 1 B 0 0 0 1 Protože A B, existuje regulární matice C součin el matic tž B C A Vzhledem k tomu že předpokládáme, že A je také regulární, musí být regulární i B, jelikož součin dvou regulárních matic je zase regulární matice, tj B 1 existuje Vynásobíme zprava rovnici 1 maticí B 1 a dostaneme: 0 0 1 0 0 0 B 1 0 0 0, což je ale spor Věta 4 Necht A je matice typu n, n Pak A je regulární ptk hoda n Důkaz: Pokud A je regulární, pak A E, tj hod A hod E n Pokud hoda n, pak A B, kde B je horní trojúhelníková matice bez nulových řádků, tj na diagonále má nenulové prvky Pak je možné pomocí Gaussovy-Jordanovy eliminační metody převést B na E, tj B E Zároveň, ale víme, že z A E plyne, že A je regulární 2 Determinant Definice 1 Permutací množiny {1, 2,, n} rozumíme libovolnou uspořádanou n-tici jejích prvků, kde se žádný prvek neopakuje Množinu všech permutací {1, 2,,n} budeme značit S n 2

Je dobře známo, že počet S n n! Necht π j 1,,j n S n Uspořádanou dvojici j i, j k nazveme inverzí v π, jestliže i < k a j i > j k Je-li p celkový počet inverzí v π, pak číslo 1 p nazýváme znaménkem permutace π a značíme sgn π Definice 2 Necht A a ij je matice typu n, n Determinantem matice A nazýváme číslo: deta sgnj 1,,j n a 1j1 a 2j2 a njn j 1,,j n S n sgn1, 2 1, sgn2, 1 1 a 11 a 12 a 21 a 22 a 11a 22 a 12 a 21 sgn1, 2, 3 1, sgn2, 3, 1 1, sgn3, 1, 2 1 sgn3, 2, 1 1, sgn1, 3, 2 1, sgn2, 1, 3 1 a 11 a 12 a 13 a 21 a 22 a 23 a 31 a 32 a 33 a 11a 22 a 33 + a 12 a 23 a 31 + a 13 a 21 a 32 a 13 a 22 a 31 a 11 a 23 a 32 a 12 a 21 a 33 Věta 5 Necht A je horní dolní trojúhelníková matice typu n, n Pak deta a 11 a 22 a nn Důkaz: Předpokládejme, že A je horní trojúhelníková typu 4, 4 pro čtvercovou matici jiných rozměrů bude důkaz probíhat analogicky a 11 a 12 a 13 a 14 deta 0 a 22 a 23 a 24 0 0 a 33 a 34 0 0 0 a 44 Jediný nenulový součin z definice determinantu je součin a 11 a 22 a 33 a 44 odpovídající permutaci 1, 2, 3, 4 Protože sgn1, 2, 3, 4 1, je důkaz hotov Věta 6 Necht A,B jsou matice typu n, n Pak deta B deta detb Elementární úpravy Gaussovy eliminační metody: U 1 přehození řádků, U 2 vynásobení i-tého řádku reálným číslem α 0, U 3 přičtení α-násobku j-tého řádku k i-tému Věta 7 Necht P i je el matice vzniklá el úpravou U i Pak detp 1 1, detp 2 α, detp 3 1 Navíc detp T i detp i 3

Důkaz: 1 0 0 0 detp 2 0 0 α 0 1 1 α 1 α 0 Protože P T 2 P 2, platí i detp T 2 detp 2 1 0 α 0 1 0 0 0 detp 3 0 1 α detp T 3 0 0 Všiměme si nejprve, že el úprava U 1 lze udělat pouze pomocí el úprav U 2 a U 3 takto: a a a a + b b b b b a + b a + b a + b a a To znamená, že matici P 1 můžeme vyjádřit jako součin P 1 C 4 C 3 C 2 C 1 E, kde C 1,C 2,C 3 jsou el matice odpovídající el úpravě U 3 a C 4 el matice odpovídající el úpravě U 2 pro α 1 Takže detc 1 detc 2 detc 3 1 a detc 4 1 Použitím věty o determinantu součinu dostaneme: detp 1 detc 4 C 3 C 2 C 1 E detc 4 detc 3 detc 2 detc 1 dete 1 Věta 8 Necht A je matice typu m, n a A i je matice, která vznikne z A el úpravou U i Pak Důkaz: deta 1 deta, deta 2 α deta, deta 3 deta deta 1 deta 2 deta 3 detp 1 A detp 1 deta deta detp 2 A detp 2 deta α deta detp 3 A detp 3 deta deta Důsledek 1 Pokud má čtvercová matice A dva stejné řádky, pak deta 0 Důkaz: A 1 A deta deta 1 deta 2 deta 0 deta 0 4

Věta 9 Pro každou čtvercovou matici A platí: deta T deta Důkaz: Necht A C T, kde C C 1 C n je součin el matic a T je horní trojúhelníková matice Pak deta T detc T T dett T C T dett T detc T detc T dett T 2 t 11 t 12 t 13 t 1n 0 t 22 t 23 t 2n dett T 0 0 t 33 t 3n 0 0 0 t nn Protože detc T i detc i, dostaneme T t 11 0 0 0 t 12 t 22 0 0 t 13 t 23 t 33 0 t 11 t nn dett t 1n t 2n t 3n t nn detc T det C 1 C n T det C T n C T 1 detc T n detc T 1 Dosazením do rovnice 2 dostaneme detc n detc 1 detc 1 detc n detc 1 C n detc deta T detc T dett T detc dett det C T deta Důsledek 2 Analogická věta k Větě 8 by platila i pro el sloupcové úpravy 2 3 4 1 4 2 3 2 3 1 4 3 2 3 4 1 4 2 3 2 3 1 4 3 0 0 5 4 0 5 2 1 0 6 1 2 0 4 1 0 0 0 5 4 0 2 1 6 0 0 0 16 16 5