background image

ALGEBRA LINIOWA 

 
Literatura: 
S.Kowalski „Algebra liniowa” – skrypt 
 
Ci

ą

g ( sko

ń

czony ) 

 
Ci

ą

gi ( podwójne ) =: macierze 

 

a

wk

 

 

Є

 { 1,2, ..... m } – wiersze 

Є

  { 1,2, ..... n } – kolumny 

 

33

32

31

23

22

21

13

12

11

a

a

a

a

a

a

a

a

a

 

 

x

a

x

8

5

1

 

 
macierz kwadratowa ( w = k ) 
 
DZIAŁANIA NA MACIERZACH 
 
Dodawanie ( warunek równo

ś

ci wymiarów ) 

 

=

+

3

2

1

1

5

7

7

6

4

2

0

1

1

4

5

5

1

0

1

0

4

3

2

1

 

 
Macierz zerowa – wszystkie elementy równe 0 ( element metody dodawania ) 
 
Transponowanie macierzy ( A

T

 ) – zamiana wiersz na kolumny 

 

=

0

3

4

2

5

1

0

4

5

3

2

1

T

 

 

( A + B )

T

 = A

T

 + B

 

 

 

background image

MNO

Ż

ENIE PRZEZ LICZBY 

 
Liczba mno

ż

ona jest przez wszystkie elementy macierzy 

 

[

] [

]

15

0

5

3

0

1

5

=

 

αααα

 * A )

T

 = 

αααα

T

 * A

 
MNO

Ż

ENIE MACIERZY 

 

=

+

+

+

+

+

+

+

+

=

+

+

+

+

+

+

+

+

=

12

4

3

4

4

0

8

0

0

4

6

1

4

0

2

2

2

*

2

1

*

0

2

*

4

0

*

1

2

*

0

1

*

4

2

*

3

1

*

1

2

*

2

0

*

3

2

*

1

1

*

2

2

0

1

2

2

1

2

0

4

3

1

2

 

 

=

+

+

+

+

+

+

=

+

+

+

+

+

+

+

+

+

=

4

0

8

8

2

0

1

1

10

4

0

0

0

8

0

2

6

0

2

4

4

4

3

0

1

8

2

2

*

2

3

*

0

0

*

2

1

*

0

4

*

2

2

*

0

2

*

1

3

*

2

0

*

1

1

*

2

4

*

1

2

*

2

2

*

2

3

*

1

0

*

2

1

*

1

4

*

2

2

*

1

2

0

4

3

1

2

2

0

1

2

2

1

 

 
Definicja mno

ż

enia macierzy 

 

n

m

n

w

w

m

C

B

A

=

 

 

wr

kw

r

k

r

k

kr

b

a

b

a

b

a

C

+

+

+

=

.....

2

2

1

1

 

 
Mno

ż

enie macierzy nie jest przemienne 

 

A

B

B

A

 

 

=

f

e

d

c

b

a

f

e

d

c

b

a

1

0

0

0

1

0

0

0

1

 

=

f

e

d

c

b

a

f

e

d

c

b

a

1

0

0

1

 

I

3

- macierz jednostkowa  

3-go stopnia 

Macierz jednostkowa 
stopnia 2-go 

background image

A

I

A

m

n

=

*

 

Stopie

ń

 macierzy – ilo

ść

 jedynek po przek

ą

tnej 

 

A

A

I

w

m

n

=

 

(

)

T

T

T

n

w

w

m

A

B

B

A

=

 

(

)

BC

AC

C

B

A

+

=

+

 

 
MACIERZE KWADRATOWE 
 
Wyznacznik macierzy 

[ ]

6

6

=

 

2

6

5

7

4

7

6

5

4

=

a

 

 
Schemat Sarrusa ( tylko do wyznaczników stopnia trzeciego ) 
 

(

) (

)

(

)

(

)

0

255

255

)

72

48

105

(

96

84

45

9

4

2

1

8

6

7

5

3

3

8

4

7

6

2

9

5

1

9

8

7

6

5

4

3

2

1

=

=

+

+

+

+

=

+

+

+

+

=

 

 
Algorytm CHIO 
 

0

36

36

6

6

12

3

12

6

6

3

7

3

9

1

7

2

8

1

4

3

6

1

4

2

5

1

9

7

3

1

8

7

2

1

6

4

3

1

5

4

2

1

1

1

9

8

7

6

5

4

3

2

1

=

=

=

=

=

a

 

 
Rozwini

ę

cie Laplase’a 

 

0

27

48

21

3

9

6

8

3

7

)

4

2

5

1

(

)

1

(

9

)

4

3

6

1

(

)

1

(

8

)

5

*

3

6

2

(

)

1

(

7

5

4

2

1

)

1

(

9

6

4

3

1

)

1

(

8

6

5

3

2

)

1

(

7

9

8

7

6

5

4

3

2

1

6

5

4

3

3

2

3

1

3

=

+

=

+

+

=

+

+

=

+

+

=

+

+

+

 

background image

Algorytm CHIO 
 

160

16

2560

16

256

2816

16

16

16

176

16

176

16

16

16

16

1

13

13

7

1

13

2

10

1

2

13

10

1

2

2

12

1

16

1

7

13

13

1

10

13

2

1

10

2

13

1

12

2

2

1

1

1

16

1

7

10

13

10

12

2

13

2

1

16

1

1

1

2

4

1

2

3

4

1

3

4

4

2

1

3

4

2

2

4

4

2

3

1

4

3

1

4

4

3

2

1

4

3

3

2

4

16

1

2

1

1

4

3

1

2

4

4

1

3

4

3

2

1

4

4

2

2

4

1

2

3

4

4

3

1

4

1

3

2

4

2

3

3

4

4

1

2

3

4

1

3

4

1

2

4

1

2

3

1

2

3

4

2

3

2

4

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

 

Wyznaczniki w arkuszach kalkulacyjnych 
 
Excel 
Berive 
 
ZASTOSOWANIA 
 
Odwracanie macierzy 
 
Macierz kwadratowa jest odwracalna wtedy i tylko wtedy gdy jej wyznacznik 
jest ró

ż

ny od 0 

 

0

det

A

 

 
 
 
 
Wzór 

T

A

A

=

det

1

1

 

determinanta 

Macierz doł

ą

czona 

A

d

, A

D

, adj A 

background image

[ ]

mn

ij

a

A

=

1

 

 
M

rs

 – minor ( wyznacznik ) bez r-tego wiersza s-tej kolumny 

 

0

8

8

)

8

0

0

(

)

0

2

6

(

)

2

2

2

3

1

0

0

1

1

(

)

0

0

2

1

1

2

2

1

3

(

det

,

2

1

0

0

1

2

1

2

3

=

=

+

+

+

+

=

+

+

+

+

=

=

A

A

 

 
A – macierz nie jest odwracalna ( det A = 0 ) 
 

8

0

8

)

0

0

0

(

)

0

2

6

(

)

2

2

0

3

0

1

0

1

1

(

)

0

0

0

1

1

2

2

1

3

(

det

,

2

1

0

0

1

2

1

0

3

=

=

+

+

+

+

=

+

+

+

+

=

=

B

B

 

 
B – macierz jest odwracalna (

0

det

B

 

=

33

32

31

23

22

21

13

12

11

A

A

A

A

A

A

A

A

A

B

D

 

 

D

D

B

B

B

=

=

=

=

=

=

+

+

+

+

+

+

+

+

+

3

2

1

3

6

1

2

4

2

2

0

1

3

)

2

1

0

3

(

1

1

0

0

)

0

0

1

3

(

0

1

2

3

)

1

1

2

0

(

0

1

1

2

)

0

0

2

2

(

0

1

2

1

1

2

0

3

0

2

1

3

0

1

1

0

1

0

0

3

2

0

1

3

2

1

1

0

1

0

1

2

2

0

0

2

2

1

0

1

1

2

0

3

)

1

(

0

2

1

3

)

1

(

0

1

1

0

)

1

(

1

0

0

3

)

1

(

2

0

1

3

)

1

(

2

1

1

0

)

1

(

1

0

1

2

)

1

(

2

0

0

2

)

1

(

2

1

0

1

)

1

(

,

2

1

0

0

1

2

1

0

3

3

3

2

3

1

3

3

2

2

2

1

2

3

1

2

1

1

1

 

 

background image

=

=

=

=

8

3

8

3

8

2

8

2

8

6

8

4

8

1

8

1

8

2

3

3

2

2

6

4

1

1

2

8

1

3

2

1

3

6

1

2

4

2

8

1

)

(

det

1

1

T

T

D

B

B

B

 

 
Sprawdzenie wyniku  
 

I

B

B

=

1

 

 

=

=

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

=

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

=

1

0

0

0

1

0

0

0

1

8

8

0

0

0

8

8

0

0

0

8

8

8

6

8

2

0

8

6

8

6

0

8

4

8

4

0

0

8

2

8

2

0

8

6

8

2

0

8

4

8

4

8

3

0

8

3

8

3

0

8

3

8

2

0

8

6

8

3

2

8

2

1

8

1

0

8

3

2

8

6

1

8

1

0

8

2

2

8

4

1

8

2

0

8

3

0

8

2

1

8

1

2

8

3

0

8

6

1

8

1

2

8

2

0

8

4

1

8

2

2

8

3

1

8

2

0

8

1

3

8

3

1

8

6

0

8

1

3

8

2

1

8

4

0

8

2

3

8

3

8

3

8

2

8

2

8

6

8

4

8

1

8

1

8

2

2

1

0

0

1

2

1

0

3

 

 
RÓWNANIA LINIOWE 
 
2x-y=2 - wykresem jest prosta ( w R

2

 ) 

 
2x+y+3z=5 – wykresem jest płaszczyzna ( w R

3

 ) 

 

=

+

+

+

=

+

+

+

=

+

+

+

3

2

3

1

3

2

2

2

1

2

1

2

1

1

.......

.......

......

b

x

a

x

a

x

a

b

x

a

x

a

x

a

b

x

a

x

a

x

a

n

n

n

n

n

n

 - wykresem jest płaszczyzna w ( R

n-1

 
Inny zapis ( macierzowy ) 
 

=

3

2

1

2

1

2

1

2

22

21

1

12

11

...

....

....

b

b

b

x

x

x

a

a

a

a

a

a

a

a

a

n

mn

m

m

n

n

 

background image

 

1

1

=

m

n

n

m

B

X

A

 - układ równa

ń

 liniowych 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

[ ]

)

1

(

+

n

m

AB

- macierz rozszerzona 

 
Układy Cramera 

=

+

+

=

+

=

+

+

2

4

4

5

2

1

3

2

1

3

2

1

3

2

1

x

x

x

x

x

x

x

x

x

 

=

2

5

1

*

4

1

4

2

1

1

1

1

1

3

2

1

x

x

x

 - posta

ć

 macierzowa 

 
 
 
 
 

1

=

n

n

n

B

X

A

 

0

det

A

 - mam dwie metody 

1.  metoda wzorów Cramera 
2.  metoda wzorów macierzowych 

 

3

2

5

)

4

2

4

(

)

1

8

4

(

det

,

4

1

4

2

1

1

1

1

1

=

=

+

+

+

+

=

=

A

A

 

=

4

1

2

2

1

5

1

1

1

1

A

- kolumn

ę

 pierwsz

ą

 zamieniamy kolumn

ą

 wyrazów wolnych 

3

det

1

=

A

 

macierz 

główna 

macierz 

niewiadoma 

kolumna 

wyrazów 

wolnych 

wyrazy wolne 

macierz kwadratowa 

background image

=

4

2

4

2

5

1

1

1

1

2

A

- kolumn

ę

 drug

ą

 zamieniamy kolumn

ą

 wyrazów wolnych 

6

4

4

20

1

))

2

(

8

20

(

det

2

=

+

+

+

=

A

 

=

4

2

4

5

1

1

1

1

1

3

A

- kolumn

ę

 trzeci

ą

 zamieniamy kolumn

ą

 wyrazów wolnych 

6

11

17

))

5

(

)

2

(

4

(

)

1

)

20

(

2

(

det

3

=

+

=

+

+

+

+

=

A

 

 

2

3

6

det

det

2

3

6

det

det

1

3

3

det

det

5

2

1

3

3

2

2

1

1

3

2

1

3

2

1

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

+

=

+

+

A

A

x

A

A

x

A

A

x

x

x

x

x

x

x

 

 

=

+

+

=

+

=

+

+

2

4

4

5

2

1

3

2

1

3

2

1

3

2

1

x

x

x

x

x

x

x

x

x

 

 

B

A

X

Odp

B

A

X

A

A

B

X

A

=

=

=

1

1

1

:

 

 
Metoda macierzy odwrotnych 

3

1

,

4

1

4

2

4

1

1

1

1

1

=

=

A

A

 

=

2

3

5

1

0

4

3

3

6

1

1

1

1

2

1

1

1

2

1

1

1

1

4

1

1

4

4

1

1

4

1

1

1

1

4

1

1

4

4

2

1

4

1

2

1

D

A

 

 
 

Wzory Cramera 

background image

=

4

1

4

2

4

1

1

1

1

A

 

=

2

3

5

1

0

4

3

3

6

3

1

1

A

 

=

=

+

+

+

=

=

2

2

1

6

6

3

3

1

4

15

5

2

4

6

15

6

3

1

2

5

1

2

3

5

1

0

4

3

3

6

3

1

X

 

Eliminacja Gaussa 

=

+

+

=

+

=

+

+

2

4

4

5

2

1

3

2

1

3

2

1

3

2

1

x

x

x

x

x

x

x

x

x

 

Operacje elementowe 

rs

E

- zamiana r-tego równania z s-tym 

)

(

α

r

E

- r-te równanie pomno

ż

one przez 

0

α

 

)

(

,

α

s

r

E

- r-te równanie pomno

ż

one przez 

α

dodajemy do s-tego 

2

4

1

4

5

2

1

1

1

1

1

1

- macierz rozszerzona 

Macierz wyst

ę

puje w postaci normalnej je

ż

eli: 

  pierwszy niezerowy element wiersza jest 



 

  je

ż

eli w kolumnie jest 



 to pozostałe elementy tej kolumny s

ą

 zerami 

 



 przemieszcza si

ę

 schodkowo w prawo 

  wiersze zerowe s

ą

 po niezerowych 

 

0

0

0

0

0

5

1

0

0

0

7

0

2

1

0

- macierz jest w postaci normalnej 

 

 →

 →

 →

)

3

1

(

)

1

(

)

1

(

)

4

(

),

1

(

3

1

,

2

2

,

3

3

,

1

2

,

1

6

3

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

6

0

3

0

0

1

1

0

1

1

1

1

6

0

3

0

6

1

2

0

1

1

1

1

2

4

1

4

5

2

1

1

1

1

1

1

E

E

E

E

E

 

 

background image

N

E

A

=

 →

2

1

0

0

2

0

1

0

1

0

0

1

2

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

)

1

(

2

,

3

 - posta

ć

 normalna 

 

=

=

=

3

2

1

3

2

1

x

x

x

 

 
Rz

ą

d macierzy 

1.  Liczba niezerowa wierszy w postaci normalnej tych macierzy 
2. 

=

K

A

w macierzy A istnieje niezerowy minor stopnia K oraz nie istniej

ą

 

niezerowe minory stopnia wy

ż

szego 

2

det

,

3

6

4

5

3

1

2

4

2

=

A

 

Odp: rz

ą

d macierzy równy 3 

 
Przykład: 

0

4

7

5

1

4

7

2

5

6

,

6

4

7

5

3

1

4

7

4

2

5

3

=

=

B

   - wszystkie macierze 3-go stopnia s

ą

 zerowe 

Odp: rz

ą

d macierzy = 2 rzB=2 

 
Twierdzenie ( Konecker, Capelli) 
Układ równa

ń

 A*X=B ma rozwi

ą

zanie wtedy i tylko wtedy gdy 

[ ]

AB

rzA

=

 

 
2000-09-15 
 
Przestrzenie liniowe 
 

K

R

- zbiór macierzy K=1 ( kolumnowy ) 

 

R

3

 

=

8

7

5

a

 

=

1

0

2

b

 

Macierz kolumnowa – wektor 
 

C

b

a

=

=

+

=

+

19

14

16

3

0

6

16

14

10

3

2

 - C jest kombinacj

ą

 liniow

ą

 wektorów a i b 

 
 
 

skalary 

background image

)

,

b

a

Lin

C

wtedy i tylko wtedy gdy istniej

ą

 liczby 

α

i

β

takie, 

ż

C

b

a

C

=

+

=

β

α

 

β

α

,

  - współczynniki kombinacji 

 

Przedstaw wektor 

14

9

6

X

w postaci kombinacji liniowej wektorów 

=

1

1

1

a

 

=

2

1

1

b

 

=

3

2

1

c

 

c

b

a

X

χ

β

α

+

+

=

 

+

+

=

3

2

1

2

1

1

1

1

1

14

9

6

χ

β

α

X

 

 
Przestrzenie z iloczynem skalarnym 
 

n

n

n

n

y

x

y

x

y

x

y

y

y

x

x

x

+

+

+

=

L

M

o

M

2

2

1

1

det

2

1

2

1

 

1. 

x

x

x

=

 - długo

ść

 ( norma ) 

2. 

0

=

y

x

y

x

 - ortogonalno

ść

 

3. 

(

)

=

k

k

k

k

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

G

3

2

3

1

3

2

2

2

1

2

1

2

1

1

1

2

1

,

,

,

L

L

L

K

 

 
 
 
 
 

                                                     

( )

b

a

G

Pole

,

=

 

 
 
 
 

 

                                                                

(

)

c

b

a

G

Obj

,

,

.

=

 

 
 
 
 

background image

=

=

1

1

0

1

,

2

1

2

1

b

a

 

( )

3

2

2

2

1

0

1

10

4

1

4

1

26

3

2

2

10

,

=

=

=

+

+

=

=

+

+

+

=

=

=

=

b

b

a

b

b

a

a

a

b

b

a

b

b

a

a

a

b

a

G

 

 

Pole równe jest pierwiastkowi z wyznacznika 

09

,

5

26

=

 

 
Ortogonalizacja bazy metod

ą

 Gramma – Smidtha 

 

(

)

k

b

b

b

b

B

,

,

,

,

3

2

1

K

=

 -  baza 

=

=

=

1

1

1

1

,

1

0

0

1

,

1

0

2

1

3

2

1

b

b

b

 

 
C

ZY TO JEST BAZA 

 

3

1

1

1

1

0

0

1

0

2

1

1

1

=

rz

 ( najwi

ę

kszy niezerowy minor macierzy ) 

 
 
 
 
Je

ż

eli rz

ą

d macierzy jest równy liczbie generatorów to jest to baza, je

ż

eli rz

ą

macierzy jest mniejszy od liczby generatorów to nie jest to baza. 
 
Nowa baza ( ortogonalna ) 
 

(

)

3

2

1

,

,

O

O

O

=

ϕ

 

1.  I wektor 

O

1

 wybieramy dowolnie spo

ś

ród wektorów bazy B. Np. 

=

=

1

0

2

1

1

2

b

O

 

w kolumnach s

ą

 generatory 

background image

2.  II wektor O

2

 okre

ś

la si

ę

 nast

ę

puj

ą

co 

2

1

2

2

O

b

O

α

+

=

z warunkiem 

1

2

O

O

( ortogonalny ) 

(

)

0

0

1

1

1

2

1

2

=

+

=

O

O

b

O

O

o

o

α

 

 

1

1

1

1

1

2

2

1

1

1

1

2

1

O

O

O

O

b

b

O

O

O

O

O

b

=

=

o

o

o

α

 

 

=

=

+

+

+

=

=

=

+

+

+

=

=

1

0

2

1

3

1

1

0

0

1

6

1

0

4

1

1

0

2

1

1

0

2

1

2

1

0

0

1

1

0

2

1

1

0

0

1

2

1

1

1

2

O

O

O

O

b

o

o

o

o