П Л А Н

Завдання додому

1. Конспект, підготовка до практичного заняття.

2.

Питання для самоконтролю

1. Обернена матриця.

2. Розв’язування матричних рівнянь

3. Розв’язування систем лінійних рівнянь за допомогою оберненої матриці.

Л Е К Ц І Я 6

Тема: Ранг матриці. Теорема Кронекера-Капеллі

Мета: сформувати поняття ранга матриці; ознайомити з елементарними перетвореннями матриці, теоремою Кронекера-Капеллі

Література: [1, с. 18-20]; [6, с. 68-72].

1. Ранг матриці.

2. Методи обчислення рангу.

3. Теорема Кронекера-Капеллі.

1. Мінором матриці k-го порядку називається визначник k-го порядку, який складається з елементів, що знаходяться на перетині будь-яких k рядків та k стовпців.

Обираючи різними способами k рядків та k стовпців, одержимо деяку кількість мінорів k-го порядку.

Матриця має мінори будь-якого порядку: від першого (елементи матриці –мінори 1-го порядку) до найменшого із чисел m та n .

Приклад:

Рангом матриці А (rang А або r (А)) називається найбільший порядок її мінорів, відмінних від нуля.

Властивості:

1) Ранг існує для будь-якої матриці , причому .

2) r (А) =0 тоді і тільки тоді, коли А=0.

3) Для квадратної матриці n-го порядку ранг дорівнює n тоді і тільки тоді, коли матриця невироджена (тобто її визначник не дорівнює 0).

Якщо rang А=r, то любий мінор r-го порядку не рівний 0 називається базисним мінором. Базисних мінорів для матриці може бути декілька.

Якщо rang А=r, то любий мінор k-го порядку дорівнює 0, якщо k > r

2. Ранг матриці простіше всього знайти за допомогою елементарних (еквівалентних) перетворень:

1) перестановка місцями рядків (стовпців) матриці;

2) множення (ділення) всіх елементів любого рядка (стовпця) на будь яке число ;

3) додавання до елементів будь-якого рядка (стовпця) відповідних елементів іншого рядка (стовпця), помножених на одне й те саме число;

4) викреслювання (відкидання) нульового рядка (стовпця) (не обов’язково).

Застосовуючи ці перетворення, в результаті одержують еквівалентні матриці, ранги яких однакові:

А~В => rang А = rang В

-За їх допомогою матрицю зводять до матриці, у якої нижче головної діагоналі всі елементи нулі. Тоді ранг матриці дорівнює кількості елементів головної діагоналі, відмінних від 0.

rang

(матриця має вигляд “східців”, її ще називають “трикутною” або “трапецевидною”)

-Другий метод знаходження ранга матриці: за допомогою елементарних перетворень в кожному рядку і в кожному стовпчику матриці одержати не більше одного, не рівного нулю, елемента. В такій матриці ненульові рядки і стовпці називаються базисними рядками і стовпцями. Тоді ранг такої матриці дорівнює числу базисних рядків (стовпців).

Приклад: Знайти rang А:

~ ~

х (-2)

~ ~ ~

~

нульові рядки і стовпці викреслюються

Ненульових стовпців (рядків) 3, значить rang В=3, тому і rang А=3.

Мінор, складений з невикреслених елементів (тобто мінор, який складається з елементів базисних рядків і стовпців) називається базисним мінором.

3. Розглянемо систему m лінійних рівнянь з n невідомими:

Основна матриця системи –це матриця, елементами якої є коефіцієнти при невідомих:

Розширена матриця системи –це матриця основна, до якої дописано матрицю-стовпець вільних членів:

Розв’язком системи називається множина дійсних чисел підстановка яких у систему замість невідомих перетворює кожне рівняння системи у тотожність.

Система називається сумісною, якщо вона має хоча б один розв’язок. Сумісна система називається визначеною, якщо вона має єдиний розв’язок, і невизначеною, якщо вона має більше одного розв’язку (значить вона має нескінченну множину розв’язків).

Система, що не має розв’язку, називається несумісною.

Теорема Кронекера –Капеллі*

(критерій сумісності системи)

*Кронекер –німецький математик, Капеллі –італійський

Система лінійних рівнянь сумісна тоді і тільки тоді, коли ранг основної матриці системи дорівнює рангу розширеної матриці: rang А=rang .

1) Для сумісної системи:

а) Якщо rang =rang = n, де n –число невідомих системи, то система має

один розв’язок.

б) Якщо rang =rang < n, то система має нескінченну множину розв’язків.

2) Якщо rang < rang , то система несумісна.