Матрица высшая математика что это

От действий над матрицами к пониманию их сути…

Очень уважаю людей, которые имеют смелость заявить, что они что-то не понимают. Сам такой. То, что не понимаю, — обязательно должен изучить, осмыслить, понять. Статья «Математика на пальцах», и особенно матричная запись формул, заставили меня поделиться своим небольшим, но, кажется, немаловажным опытом работы с матрицами.

Лет эдак 20 назад довелось мне изучать высшую математику в вузе, и начинали мы с матриц (пожалуй, как и все студенты того времени). Почему-то считается, что матрицы — самая лёгкая тема в курсе высшей математики. Возможно — потому, что все действия с матрицами сводятся к знанию способов расчёта определителя и нескольких формул, построенных — опять же, на определителе. Казалось бы, всё просто. Но… Попробуйте ответить на элементарный вопрос — что такое определитель, что означает число, которое вы получаете при его расчёте? (подсказка: вариант типа «определитель — это число, которое находится по определённым правилам» не является правильным ответом, поскольку говорит о методе получения, а не о самой сути определителя). Сдаётесь? — тогда читаем дальше.

Сразу хочу сказать, что я не математик ни по образованию, ни по должности. Разве что мне интересна суть вещей, и я порой пытаюсь до них «докопаться». Так же было и с определителем: нужно было разобраться со множественной регрессией, а в этом разделе эконометрики практически всё делается через… матрицы, будь они неладны. Вот и пришлось мне самому провести небольшое исследование, поскольку ни один из знакомых математиков не дал внятного ответа на поставленный вопрос, изначально звучавший как «что такое определитель». Все утверждали, что определитель — это такое число, которое особым образом посчитано, и если оно равно нулю, то… В общем, как в любом учебнике по линейной алгебре. Спасибо, проходили.

Если какую-то идею придумал один человек, то другой человек должен быть в состоянии её понять (правда, для этого порой приходится вооружаться дополнительными знаниями). Обращение к «великому и могучему» поисковику показало, что «площадь параллелограмма равна модулю определителя матрицы, образованной векторами — сторонами параллелограмма». Говоря простым языком, если матрица — это способ записи системы уравнений, то каждое уравнение в отдельности описывает вектор. Построив из точки начала координат векторы, заданные в матрице, мы таким образом зададим в пространстве некоторую фигуру. Если наше пространство одномерное, то фигура — это отрезок; если двумерное — то фигура — параллелограмм, и так далее.

Получается, что для одномерного пространства определитель — это длина отрезка, для плоскости — площадь фигуры, для трёхмерной фигуры — её объём… дальше идут n-мерные пространства, вообразить которые нам не дано. Если объём фигуры (то есть определитель для матрицы 3*3) равен нулю, то это означает, что сама фигура не является трёхмерной (она может быть при этом двухмерной, одномерной или вообще представлять собой точку). Ранг матрицы — это истинная (максимальная) размерность пространства, для которого определитель не равен нулю.

Так, с определителем почти всё понятно: он определяет «объёмность» фигуры, образованной описанными системой уравнений векторами (хотя непонятно, почему его значение не зависит от того, имеем мы дело с исходной матрицей, или с транспонированной — возможно, транспонирование — это вид аффинного преобразования?). Теперь нужно разобраться с действиями над матрицами…

Если матрица — это система уравнений (а иначе зачем нам таблица каких-то цифр, не имеющих к реальности никакого отношения?), то мы можем с ней делать разные вещи. Например, можем сложить две строки одной и той же матрицы, или умножить строку на число (то есть каждый коэффициент строки умножаем на одно и то же число). Если у нас есть две матрицы с одинаковыми размерностями, то мы их можем сложить (главное, чтобы при этом мы не сложили бульдога с носорогом — но разве математики, разрабатывая теорию матриц, думали о таком варианте развития событий?). Интуитивно понятно, тем более что в линейной алгебре иллюстрациями подобных операций являются системы уравнений.

Однако в чём смысл умножения матриц? Как я могу умножить одну систему уравнений на другую? Какой смысл будет иметь то, что я получу в этом случае? Почему для умножения матриц неприменимо переместительное правило (то есть произведение матриц В*А не то что не равно произведению А*В, но и не всегда осуществимо)? Почему, если мы перемножим матрицу на вектор-столбец, то получим вектор-столбец, а если перемножим вектор-строку на матрицу, то получим вектор-строку?

Ну, тут уж не то что Википедия, — тут даже современные учебники по линейной алгебре бессильны дать какое-либо внятное объяснение. Поскольку изучение чего-либо по принципу «вы сначала поверьте — а поймёте потом» — не для меня, копаю в глубь веков (точнее — читаю учебники первой половины XX века) и нахожу интересную фразу…

Если совокупность обычных векторов, т.е. направленных геометрических отрезков, является трёхмерным пространством, то часть этого пространства, состоящая из векторов, параллельных некоторой плоскости, является двумерным пространством, а все векторы, параллельные некоторой прямой, образуют одномерное векторное пространство.

В книгах об этом напрямую не говорится, но получается, что векторам, параллельным некоторой плоскости, необязательно лежать на этой плоскости. То есть они могут находиться в трёхмерном пространстве где угодно, но если они параллельны именно этой плоскости, то они образуют двумерное пространство… Из приходящих мне на ум аналогий — фотография: трёхмерный мир представлен на плоскости, при этом вектору, параллельному матрице (или плёнке) фотоаппарата, будет соответствовать такой же вектор на картинке (при условии соблюдении масштаба 1:1). Отображение трёхмерного мира на плоскости «убирает» одно измерение («глубину» картинки). Если я правильно понял сложные математические концепции, перемножение двух матриц как раз и представляет собой подобное отражение одного пространства в другом. Поэтому, если отражение пространства А в пространстве В возможно, то допустимость отражения пространства В в пространстве А — не гарантируется.

Любая статья заканчивается в тот момент, когда автору надоедает её писать. Поскольку я не ставил перед собой цели объять необъятное, а исключительно хотел понять суть описанных операций над матрицами и то, как именно матрицы связаны с решаемыми мной системами уравнений, я не полез в дальнейшие дебри линейной алгебры, а вернулся к эконометрике и множественной регрессии, но сделал это уже более осознанно. Понимая, что и зачем я делаю и почему только так, а не иначе. То, что у меня получилось в этом материале, можно озаглавить как «глава о сути основных операций линейной алгебры, которую почему-то забыли напечатать в учебниках». Но ведь мы же не читаем учебников, правда? Если честно, когда я учился в университете, мне очень не хватало именно понимания затронутых здесь вопросов, поэтому я надеюсь, что, изложив этот непростой материал по возможности простыми словами, я делаю доброе дело и помогаю кому-то вникнуть в саму суть матричной алгебры, переведя операции над матрицами из раздела «камлание с бубном» в раздел «практические инструменты, применяемые осознанно».

Источник

Математика для чайников. Матрицы и основные действия над ними

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Определение матрицы

Матрица – это прямоугольная таблица элементов. Ну а если простым языком – таблица чисел.

Обычно матрицы обозначаются прописными латинскими буквами. Например, матрица A, матрица B и так далее. Матрицы могут быть разного размера: прямоугольные, квадратные, также есть матрицы-строки и матрицы-столбцы, называемые векторами. Размер матрицы определяется количеством строк и столбцов. Например, запишем прямоугольную матрицу размера m на n, где m – количество строк, а n – количество столбцов.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Что можно делать с матрицами? Складывать/вычитать, умножать на число, умножать между собой, транспонировать. Теперь обо всех этих основных операциях над матрицами по порядку.

Операции сложения и вычитания матриц

Сразу предупредим, что можно складывать только матрицы одинакового размера. В результате получится матрица того же размера. Складывать (или вычитать) матрицы просто – достаточно только сложить их соответствующие элементы. Приведем пример. Выполним сложение двух матриц A и В размером два на два.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Вычитание выполняется по аналогии, только с противоположным знаком.

Умножение матрицы на число

На произвольное число можно умножить любую матрицу. Чтобы сделать это, нужно умножить на это число каждый ее элемент. Например, умножим матрицу A из первого примера на число 5:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Операция умножения матриц

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

И пример с реальными числами. Умножим матрицы:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Операция транспонирования матрицы

Транспонирование матрицы – это операция, когда соответствующие строки и столбцы меняются местами. Например, транспонируем матрицу A из первого примера:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Определитель матрицы

Определитель, о же детерминант – одно из основных понятий линейной алгебры. Когда-то люди придумали линейные уравнения, а за ними пришлось выдумать и определитель. В итоге, разбираться со всем этим предстоит вам, так что, последний рывок!

Определитель – это численная характеристика квадратной матрицы, которая нужна для решения многих задач.
Чтобы посчитать определитель самой простой квадратной матрицы, нужно вычислить разность произведений элементов главной и побочной диагоналей.

Определитель матрицы первого порядка, то есть состоящей из одного элемента, равен этому элементу.

А если матрица три на три? Тут уже посложнее, но справиться можно.

Для такой матрицы значение определителя равно сумме произведений элементов главной диагонали и произведений элементов лежащих на треугольниках с гранью параллельной главной диагонали, от которой вычитается произведение элементов побочной диагонали и произведение элементов лежащих на треугольниках с гранью параллельной побочной диагонали.

К счастью, вычислять определители матриц больших размеров на практике приходится редко.

Источник

Что такое матрицы, откуда они взялись, и чем они полезны?

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Первые упоминания о матрицах или «волшебных квадратах», как их тогда называли, были найдены на территории еще Древнего Китая, однако бум случился намного позже, в середине XVIII века, когда знаменитый математик Габриэль Крамер опубликовал свой труд под названием «Введение в анализ алгебраических кривых», в котором описывался алгоритм решения систем линейных уравнений совершенно новым методом.

Как следствие, в дальнейшем появляются «классический» метод решения Карла Фридриха Гаусса, теорема Гамильтона-Кели, работы Карла Вейерштрасса, Георга Фробениуса и других выдающихся ученых.

Занимательно, что только после всех этих открытий, а именно в 1850 году был непосредственно введен термин матрица, автором которого стал Джеймс Джозеф Сильвестр.

Сегодня термин «матрица» применяется во множестве разных областей: от программирования до кинематографии (здесь должно быть название фильма, о котором вы все подумали).

Матрица в математике – это таблица чисел, состоящая из определенного количества строк (m) и столбцов (n).

Вы встречаетесь с ними каждый день, так как любая числовая информация, занесенная в таблицу, уже в какой-то степени считается матрицей.

Примером могут служить:
список телефонных номеров;
различные статистические данные;
табель успеваемости ученика и многое другое.

Сами матрицы всегда обозначаются прописными латинскими буквами (A, B, C…), а элементы матрицы – строчными (a, b, c…). Индексы обозначают местоположение элемента матрицы в системе, причем первое число – это всегда номер строки, а второе – это всегда номер столбца. Например, а23 находится во второй строке и в третьем столбце, а31 в третьей строке и первом столбце и т.д.

Важно произносить элементы матриц правильно, так а23 будет звучать как «а два три», а не «а двадцать три».

Примеры записи матриц

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Для чего нужны матрицы

Теперь выясним, для чего нам так нужны матрицы конкретно в математике?

В качестве примера рассмотрим простейшую систему двух линейных уравнений и решим ее методом сложения, который изучают в школьном курсе.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Оказывается, можно решить эту систему уравнений альтернативным способом, используя матрицы, и называется он метод Крамера.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Вы можете подумать, зачем усложнять решение какими-то матрицами?

В данном случае да, при желании можно эту систему и в уме решить. Но представьте себе систему, состоящую хотя бы из 5 линейных уравнений с пятью неизвестными. А если система состоит из 6, 7 или ещё больше уравнений? Решать её школьным методом, мягко говоря, трудоёмко. Зато применяя тот же метод Крамера, решение будет выглядеть достаточно компактно.

Система с тремя уравнениями

В подтверждение вышесказанного рассмотрим систему уравнений с тремя неизвестными и решим её метод Крамера.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Из этого следует, что матрицы – еще один способ решения систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ).

На основе второго примера убеждаемся в том, что матрицы могут применяться в тех случаях, когда применение школьных методов решения СЛАУ не является рациональным.

На самом деле за прошедшие столетия алгебра матриц изучена более, чем достаточно, и тот факт, что матрицы используются повсеместно однозначно подтверждает необходимость их изучения.

Источник

Что такое матрица в математике простыми словами

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Обновлено: 08 Августа 2021

Матрица имеет множество значений в разных областях науки и техники. Конкретно в математике это объект, который облегчает вычисления и позволяет легко систематизировать любую информацию. Именно поэтому так необходимо знать, как ею пользоваться. Что же такое матрица?

Что такое матрицы в математике

Матрица — это таблица элементов, которая состоит из строк (m) и столбцов (n).

Может иметь разные размеры и формы в зависимости от количества находящихся в ней элементов. Элементы фиксированы: если переставить хотя бы один, то получится иная матрица с иными свойствами.

Откуда они взялись, чем полезны

Первые упоминания найдены еще в Древнем Китае, однако широкую известность матрицы приобрели только в середине XVIII, аккурат после выхода книги «Введение в анализ алгебраических кривых» Габриэля Крамера. В своей работе знаменитый математик описал совершенно новый способ решения систем линейных уравнений, который прозвали «методом волшебных квадратов». Сам термин «матрица» появился лишь в XIX веке благодаря трудам английского математика Д.Д. Сильвестра.

В современном мире матрицы используют повсюду. Телефонные справочники, табели успеваемости, отчеты и счета тоже являются матричными моделями. Они полезны, так как имеют прикладное значение.

Основные определения и обозначения матриц

В большинстве случаев матрицы обозначают прописными латинскими буквами (A, B, C), а ее элементы — строчными.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Виды матриц зависят от количества строк m и столбцов n. Основные из них:

Также существует понятие детерминант — это определитель свойств квадратной матрицы, который чаще всего используют в решении систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ).

Применение матриц в математико-экономическом моделировании

В математико-экономическом моделировании матрицы считаются самым удобным способом хранения различных структурированных данных и решения задач с ними. Приведем простой пример из экономической модели «затраты-выпуск».

Дана таблица распределения ресурсов по различным отраслям:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Так, элемент а23 = 5,8 обозначает то, сколько водных ресурсов потребляется в торговле, а элемент а11 = 4,8 обозначает, сколько трудовых ресурсов потребляется в промышленности.

Данная матрица может использоваться при сравнении и оценке востребованности ресурсов в различных отраслях экономики, решении экономических задач предприятий и организаций, анализе затраченных средств в ходе производства.

Решение матриц, основные операции с примерами и объяснением

Матрицы можно складывать и вычитать, умножать на определенное число, умножать между собой. Подробнее остановимся на основных операциях.

Сложение и вычитание матриц

Сложение и вычитание матриц возможно только в том случае, если они равны по размеру.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Чтобы сложить две матрицы, нужно сложить их соответствующие элементы.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

С вычитанием действуем аналогичным образом.

Умножение матрицы на число

Чтобы умножить целую матрицу на число, необходимо умножить каждый элемент матрицы на это число.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Подметим, что дроби вносить в матрицу не нужно, поскольку это затрудняет дальнейшие операции.

Вынесение общего множителя за знак матрицы

Для вынесения общего множителя за знак матрицы необходимо найти общий множитель для всех элементов.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Подметим, что вынести общий множитель из строки или столбца невозможно.

Вынесение знака (минуса) за матрицу

При выполнении различных действий с матрицами большое количество минусов может привести к ошибкам и просчетам, поэтому обычно их выносят за матричную модель. Делается это при помощи замены всех знаков элементов. К примеру:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Таким образом, вероятность путаницы уменьшается за счет увеличения положительных коэффициентов.

Изучение матричных моделей не самое простое занятие. Если у вас нет времени на учебу, Феникс.Хелп может помочь в написании контрольных работ, статей и диссертаций. Переходите по ссылке и получаете квалифицированную помощь прямо сейчас!

Источник

Решение матриц методы решений и примеров для чайников, формулы вычислений и действий с матрицами

В высшей математике существует понятие матрицы системы чисел. С комбинацией элементов, заключённых в таблице, выполняют различные операции. Прежде чем переходить к решению матриц сложными методами, следует ознакомиться с понятием этого выражения и простейшими логическими операциями над ним.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Понятие выражения

Определение гласит, что матрица — это прямоугольная таблица с заключёнными в ней числами. Её название обозначается латинскими прописными буквами (А, В). Таблицы бывают разной размерности — прямоугольной, квадратной, а также в виде строк и столбцов.

От количества строк и столбцов будет зависеть величина таблицы. Матрица размера m*n означает, что в таблице содержится m строк и n столбцов. Допустим, первая строка включает элементы а11, а12, а13, вторая — а21, а22, а23. Тогда элементы, где i = j (а11, а22) образовывают диагональ и называются диагональными.

Различают комплексные матрицы, у которых хотя бы один элемент равен комплексному числу, и действительные, когда все её элементы являются действительными числами. В математике комплексные числа представлены в виде a+b*i, где:

На приведенном примере показаны варианты.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Простейшие действия с матрицами могут быть разными. К их числу относятся:

Сложение и вычитание

Действия по сложению возможны только тогда, когда матрицы одинакового порядка равны между собой. В итоге получится новое матричное выражение такой же размерности. Сложение и вычитание выполняются по общей схеме — над соответствующими элементами таблиц проводят необходимые операции. Например, нужно сложить две матрицы А и В размерности 2*2.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Каждый элемент первой строки складывается по порядку с показателями верхней строчки второй матрицы. По аналогии производится вычитание, только вместо плюса ставится минус.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Умножение на число

Любую таблицу чисел можно умножить на число. Тогда каждый её элемент перемножается с этим показателем. К примеру, умножим матричное выражение на 2:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Операция перемножения

Матрицы подлежат перемножению одна на другую, когда количество столбцов первой таблицы равно числу строк второй. Каждый элемент Aij будет равняться сумме произведений элементов i-строки первой таблицы, перемноженных на числа в j-столбце второй. Способ произведения наглядно представлен на примере.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Возведение в степень

Формулу возведения в степень применяют только для квадратных матричных выражений. При этом степень должна быть натуральной. Формула возведения следующая:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Иначе, чтобы выполнить операцию возведения таблицы чисел в степень n, требуется умножить её на себя саму n раз. Для операции возведения в степень удобно применять свойство в соответствии с формулой:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Решение представлено на примере. 1 этап: необходимо возвести в степень, где n = 2.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

2 этап: сначала возводят в степень n =2. Согласно формуле перемножают таблицу чисел саму на себя n = 2 раз.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

3 этап: в итоге получаем:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Расчёт определителя

В линейной алгебре существует понятие определителя или детерминанта. Это число, которое ставят в соответствие каждой квадратной матрице, вычисленное из её элементов по специальной формуле. Определитель или модуль используется для решения большинства задач. Детерминант самой простой матрицы определяется с помощью вычитания перемноженных элементов из побочной диагонали и главной.

Определителем матрицы А n-энного порядка называется число, которое получают из алгебраической суммы n! слагаемых, попадающих под определённые критерии. Эти слагаемые являются произведением n-элементов, взятых единично из всех столбов и строк.

Произведения могут отличаться друг от друга составом элементов. Со знаком плюс будут включаться в сумму числа, если их индексы составляют чётную подстановку, в противоположном случае их значение меняется на минус. Определитель обозначается символом det A. Круглые скобки матричной таблицы, обрамляющие её элементы, заменяются на квадратные. Формула определителя:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Определитель первого порядка, состоящий из одного элемента, равен самому этому элементу. Детерминант матричной таблицы размером 2*2 второго порядка вычисляется путём перемножения её элементов, расположенных на главной диагонали, и вычитания из них произведения элементов, находящихся в побочной диагонали. Наглядный пример:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Для матрицы также можно найти дискриминант многочлена, отвечающий формуле:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Когда у многочлена имеются кратные корни, тогда дискриминант равен нулю.

Обратная матрица

Прежде чем переходить к понятию обратного выражения матрицы, следует рассмотреть алгоритм её транспонирования. Во время операции строки и столбцы переставляются местами. На рисунке представлен метод решения:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

По аналогии обратная матрица сходна с обратными числами. Например, противоположной цифре 5 будет дробь 1/5 = 5 (-1) степени. Произведение этих чисел равно 1, выглядит оно так: 5*5 (-1) = 1. Умножение обычной матричной таблицы на обратную даст в итоге единичную: А* А (-1) = Е. Это аналог числовой единицы.

Но для начала нужно понять алгоритм вычисления обратной матрицы. Для этого находят её определитель. Разработано два метода решения: с помощью элементарных преобразований или алгебраических дополнений.

Более простой способ решения — путём алгебраических дополнений. Рассмотрим матричную таблицу А, обратная ей А (-1) степени находится по формуле:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Матрица обратного вида возможна только для квадратного размера таблиц 2*2, 3*3 и т. д. Обозначается она надстроенным индексом (-1). Задачу легче рассмотреть на более простом примере, когда размер таблицы равен 2*2. На первом этапе выполняют действия:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

2 этап: рассчитывают матрицу миноров, которая имеет те же значения, что и первоначальная. Под минором k-того порядка понимается определитель квадратной матрицы порядка k*k, составленный из её элементов, которые располагаются в выбранных k- столбцах и k-строках.

При этом расположение элементов таблицы не меняется. Чтобы найти минор верхнего левого числа, вычёркивают строчку и столбец, в которых прописан этот элемент. Оставшееся число и будет являться минором. На выходе должна получиться таблица:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

3 этап: находят алгебраические дополнения.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

4 этап: определяют транспонированную матрицу.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Проверка решения: чтобы удостовериться, что обратная таблица чисел найдена верно, следует выполнить проверочную операцию.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

В рассматриваемом примере получается единичная матрица, когда на главной диагонали находятся единицы, при этом другие элементы равняются нулю. Это говорит о том, что решение было найдено правильно.

Нахождение собственных векторов

Определение собственного вектора и значений матричного выражения легче понять на примере. Для этого задают матричную таблицу чисел и ненулевой вектор Х, называемый собственным для А. Пример выражения:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Согласно теореме собственными числами матричного выражения будут корни характеристического уравнения:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Из однородной системы уравнений можно определить координаты собственного вектора Х, который соответствует значению лямбда.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Метод Гаусса

Методом Гаусса называют способ преобразования системы уравнений линейного вида к упрощённой форме для дальнейшего облегчённого решения. Операции упрощения уравнений выполняют с помощью эквивалентных преобразований. К таким относят:

Чтобы понять механизм решения, следует рассмотреть линейную систему уравнений.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Следует переписать эту систему в матричный вид:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

А будет являться таблицей коэффициентов системы, b — это правая часть ограничений, а Х — вектор переменных координат, который требуется найти. Для решения используют ранг матрицы. Под ним понимают наивысший порядок минора, который отличается от 0.

В этом примере rang (A) = p. Способ эквивалентных преобразований не изменяет ранг таблицы коэффициентов.

Метод Гаусса предназначен для приведения матричной таблицы коэффициентов А к ступенчатому или диагональному виду. Расширенная система выглядит так:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Обращают внимание на последние строки.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

В этом случае система уравнений имеет решение, но когда хотя бы одно из этих чисел отличается от нуля, она несовместима. Таким образом, система совместима, если ранг таблицы А равен расширенному рангу В (А|b).

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Если rang А=rang (A|b), то существует множество решений, где n-p — многообразие. Из этого следует n-p неизвестных Хр+1,…Xn выбираются произвольно. Неизвестные X1, X2,…Xp вычисляют следующим образом: из последнего уравнения выражают Хр через остальные переменные, вставляя в предыдущие выражения. Затем из предпоследнего уравнения получают Хр-1 через прочие переменные и подставляют их в предыдущие выражения. Процедуру повторяют.

Найти быстро ответ и проверить себя позволяет онлайн-калькулятор. Решение матрицы методом Гаусса с помощью такого расчёта показывает подробные этапы операций. Для нахождения достаточно указать количество переменных и уравнений, отметить в полях значения чисел и нажать кнопку «Вычислить».

Способ Крамера

Метод Крамера используют для решения квадратной системы уравнений, представленной в линейном виде, где определитель основной матрицы не равен нулю. Считается, что система обладает единственным решением. Например, задана система линейных уравнений:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Её необходимо заменить равноценным матричным уравнением.

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Второй столбец вычисляют, а первый уже задан. Есть предположение, что определитель матрицы отличен от нуля. Из этого можно сделать выводы, что существует обратная матрица. Перемножив эквивалентное матричное уравнение на обратного формата матрицу, получим выражение:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

В итоге получают выражения:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Из представленных уравнений выделяют формулы Крамера:

Матрица высшая математика что это. Смотреть фото Матрица высшая математика что это. Смотреть картинку Матрица высшая математика что это. Картинка про Матрица высшая математика что это. Фото Матрица высшая математика что это

Метод Крамера не представляет сложности. Он может быть описан следующим алгоритмом:

Проверить решение матрицы методом Крамера онлайн позволяет калькулятор автоматического расчёта. Для получения быстрого ответа в представленные поля подставляют переменные числа и их количество. Дополнительно может потребоваться указание вычислительного метода разложения по строке или столбу. Другой вариант заключается в приведении к треугольному виду.

Указывается также представление чисел в виде целого числа, обыкновенной или десятичной дроби. После введения всех предусмотренных параметров и нажатия кнопки «Вычислить» получают готовое решение.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *