Реферат: Матрицы и операции над ними Определение. Матрицей

Матрицы и операции над ними

Определение. Матрицей размера mn, где m- число строк, n- число столбцов, называется таблица чисел, расположенных в определенном порядке. Эти числа называются элементами матрицы. Место каждого элемента однозначно определяется номером строки и столбца, на пересечении которых он находится. Элементы матрицы обозначаются aij, где i- номер строки, а j- номер столбца.

А =

Матрица может состоять как из одной строки, так и из одного столбца. Вообще говоря, матрица может состоять даже из одного элемента.

Определение. Если число столбцов матрицы равно числу строк (m=n), то матрица называется квадратной.

Определение. Матрица вида:

= ^ E,

называется единичной матрицей.

Определение. Если amn = anm , то матрица называется симметрической.

Пример: - симметрическая матрица

Определение. Квадратная матрица вида называется диагональной матрицей.


Основные действия над матрицами

^ Сумма (разность) матриц.

Сложение и вычитание матриц сводится к соответствующим операциям над их элементами. Самым главным свойством этих операций является то, что они определены только для матриц одинакового размера.

^ Суммой (разностью) матриц является матрица, элементами которой являются соответственно сумма (разность) элементов исходных матриц.

cij = aij  bij

Обозначение: С = А + В = В + А.

^ Умножение матрицы на число.

Операция умножения матрицы любого размера на произвольное число сводится к умножению каждого элемента матрицы на это число.




Свойства: (АВ) =А  В

А() = А  А

Пример: Даны матрицы А = ; B = , найти 2А + В.

2А = , 2А + В = .


^ Произведение двух матриц.

Замечание: Операция умножения матриц определена только для матриц, число столбцов первой из которых равно числу строк второй. В противном случае произведение матриц не определено.

Произведением матриц называется матрица, элементы которой могут быть вычислены по следующим формулам:




Обозначение: AB = C;

Из приведенного определения видно, что каждый элемент матрицы С равен алгебраической сумме произведений элементов i – той строки матрицы А на соответствующие элементы j – го столбца матрицы В.

Отсюда правило:




Свойства:

1) Умножение матриц не коммутативно, т.е. АВ  ВА даже если определены оба произведения. Однако, если для каких – либо матриц соотношение АВ=ВА выполняется, то такие матрицы называются перестановочными.

Самым характерным примером может служить единичная матрица, которая является перестановочной с любой другой матрицей того же размера.

Перестановочными могут быть только квадратные матрицы одного и того же порядка.
^ АЕ = ЕА = А
2) Операция перемножения матриц ассоциативна, т.е. если определены произведения АВ и (АВ)С, то определены ВС и А(ВС), и выполняется равенство:

(АВ)С=А(ВС).

3) Операция умножения матриц дистрибутивна по отношению к сложению, т.е. если имеют смысл выражения А(В+С) и (А+В)С, то соответственно:
^ А(В + С) = АВ + АС
(А + В)С = АС + ВС.

4) Если произведение АВ определено, то для любого числа  верно соотношение:

(AB) = (A)B = A(B).


Транспонирование матриц

Определение. Матрицу АТ называют транспонированной матрицей А, если элементы каждой строки матрицы А записать в том же порядке в столбцы матрицы АТ.(т.е. строки матрицы А заменены на столбцы и наоборот)

А = ; АТ=;

Пример: Даны матрицы А = , В = , С = и число  = 2. Найти АТВ+С.

AT = ; ATB =  = = ;

C = ; АТВ+С = + = .

Пример: Даны матрицы А = и В = . Найти произведение матриц АВ и ВА.

АВ =  = .

ВА =  = (21 + 44 + 13) = (2 + 16 + 3) = (21).

Пример: Найти произведение матриц А=, В =

АВ = = = .

Определение. Элементарными преобразованиями матрицы назовем следующие преобразования:

1) умножение строки на число, отличное от нуля;

2) прибавление к элементам одной строки элементов другой строки;

3) перестановка строк;

4) вычеркивание (удаление) одной из одинаковых строк (столбцов);

5) транспонирование


^ Обратная матрица

Определение: Матрица называется обратной по отношению к квадратной матрице , если

.

Обратная матрица существует только для квадратной матрицы, определитель которой не равен нулю. Такая матрица называется невырожденной.

Рассмотрим общий подход к нахождению обратной матрицы.

Рассмотрим на примере, как найти обратную матрицу .

Пусть

1)Найти определитель матрицы

.

Так как , то обратная матрица существует.

2) Сформировать матрицу из алгебраических дополнений каждого элемента матрицы.


если - четное число,


если - нечетное число.




3) Транспонируем матрицу из алгебраических дополнений.

.


4) Обратная матрица определяется формулой

,


.

Укажем следующие свойства обратных матриц:

(A-1)-1 = A;

(AB)-1 = B-1A-1

(AT)-1 = (A-1)T.