E Mat1 wyk03 macierze


Matematyka 1
Macierze
dr inż. Rajmund Stasiewicz
2013/2014, semestr I (zimowy)
ELEKTROTECHNIKA
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 1 / 28
Podstawowe definicje i własności
Definicja 1:
Macierzą rzeczywistą (zespoloną)A wymiaru m n gdzie m, n " N
nazywamy prostokątną tablicę złożoną z m n liczb rzeczywistych
(zespolonych) ustawionych w m wierszach i n kolumnach, postaci:
ł łł
a11 a12 a1n
ł
a21 a22 a2n śł
ł śł
ł śł
A = = [aij]mn
. . .
.
ł śł
. . . .
.
ł . . . ł
am1 am2 amn
aij, [aij], Amn, A, B, C , . . . , X , " Rmn, A, B, C , . . . , X , " Cmn
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 2 / 28
Podstawowe definicje i własności
Macierz A, której liczba wierszy jest równa liczbie kolumn nazywamy
macierzą kwadratową. W przypadku, gdy liczba wierszy i kolumn
jest równa n ma ona postać An (Ann). Liczbę wierszy (kolumn)
nazywamy stopniem macierzy kwadratowej.
Macierz wymiaru m n, której wszystkie elementy aij = 0 nazywamy
macierzą zerową.
Macierz kwadratową A = [aij]nn nazywamy macierzą diagonalną,
jeśli dla i = j wszystkie elementy aij = 0.

Macierz diagonalną stopnia n, w której wszystkie elementy na głównej
przekątnej są równe 1 nazywamy macierzą jednostkową i oznaczamy
przez In (I ).
Macierz kwadratową stopnia n 2, w której wszystkie elementy
stojące nad główną przekątną są równe 0, nazywamy macierzą
trójkątną dolną, zaś tą w której wszystkie elementy stojące pod
główną przekątną są równe 0, nazywamy macierzą trójkątną górną.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 3 / 28
Podstawowe definicje i własności
Macierz A, której liczba wierszy jest równa liczbie kolumn nazywamy
macierzą kwadratową. W przypadku, gdy liczba wierszy i kolumn
jest równa n ma ona postać An (Ann). Liczbę wierszy (kolumn)
nazywamy stopniem macierzy kwadratowej.
Macierz wymiaru m n, której wszystkie elementy aij = 0 nazywamy
macierzą zerową.
Macierz kwadratową A = [aij]nn nazywamy macierzą diagonalną,
jeśli dla i = j wszystkie elementy aij = 0.

Macierz diagonalną stopnia n, w której wszystkie elementy na głównej
przekątnej są równe 1 nazywamy macierzą jednostkową i oznaczamy
przez In (I ).
Macierz kwadratową stopnia n 2, w której wszystkie elementy
stojące nad główną przekątną są równe 0, nazywamy macierzą
trójkątną dolną, zaś tą w której wszystkie elementy stojące pod
główną przekątną są równe 0, nazywamy macierzą trójkątną górną.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 3 / 28
Podstawowe definicje i własności
Macierz A, której liczba wierszy jest równa liczbie kolumn nazywamy
macierzą kwadratową. W przypadku, gdy liczba wierszy i kolumn
jest równa n ma ona postać An (Ann). Liczbę wierszy (kolumn)
nazywamy stopniem macierzy kwadratowej.
Macierz wymiaru m n, której wszystkie elementy aij = 0 nazywamy
macierzą zerową.
Macierz kwadratową A = [aij]nn nazywamy macierzą diagonalną,
jeśli dla i = j wszystkie elementy aij = 0.

Macierz diagonalną stopnia n, w której wszystkie elementy na głównej
przekątnej są równe 1 nazywamy macierzą jednostkową i oznaczamy
przez In (I ).
Macierz kwadratową stopnia n 2, w której wszystkie elementy
stojące nad główną przekątną są równe 0, nazywamy macierzą
trójkątną dolną, zaś tą w której wszystkie elementy stojące pod
główną przekątną są równe 0, nazywamy macierzą trójkątną górną.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 3 / 28
Podstawowe definicje i własności
Macierz A, której liczba wierszy jest równa liczbie kolumn nazywamy
macierzą kwadratową. W przypadku, gdy liczba wierszy i kolumn
jest równa n ma ona postać An (Ann). Liczbę wierszy (kolumn)
nazywamy stopniem macierzy kwadratowej.
Macierz wymiaru m n, której wszystkie elementy aij = 0 nazywamy
macierzą zerową.
Macierz kwadratową A = [aij]nn nazywamy macierzą diagonalną,
jeśli dla i = j wszystkie elementy aij = 0.

Macierz diagonalną stopnia n, w której wszystkie elementy na głównej
przekątnej są równe 1 nazywamy macierzą jednostkową i oznaczamy
przez In (I ).
Macierz kwadratową stopnia n 2, w której wszystkie elementy
stojące nad główną przekątną są równe 0, nazywamy macierzą
trójkątną dolną, zaś tą w której wszystkie elementy stojące pod
główną przekątną są równe 0, nazywamy macierzą trójkątną górną.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 3 / 28
Podstawowe definicje i własności
Macierz A, której liczba wierszy jest równa liczbie kolumn nazywamy
macierzą kwadratową. W przypadku, gdy liczba wierszy i kolumn
jest równa n ma ona postać An (Ann). Liczbę wierszy (kolumn)
nazywamy stopniem macierzy kwadratowej.
Macierz wymiaru m n, której wszystkie elementy aij = 0 nazywamy
macierzą zerową.
Macierz kwadratową A = [aij]nn nazywamy macierzą diagonalną,
jeśli dla i = j wszystkie elementy aij = 0.

Macierz diagonalną stopnia n, w której wszystkie elementy na głównej
przekątnej są równe 1 nazywamy macierzą jednostkową i oznaczamy
przez In (I ).
Macierz kwadratową stopnia n 2, w której wszystkie elementy
stojące nad główną przekątną są równe 0, nazywamy macierzą
trójkątną dolną, zaś tą w której wszystkie elementy stojące pod
główną przekątną są równe 0, nazywamy macierzą trójkątną górną.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 3 / 28
Działania na macierzach
Definicja 2:
Dwie macierzeA = [aij] i B = [bij]są równe, gdy mają te same
wymiary m n oraz aij = bij dla każdego 1 i m oraz 1 j n.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 4 / 28
Działania na macierzach
Suma i różnica macierzy
Niech A = [aij] i B = [bij] będą macierzami wymiaru m n. Sumą
(różnicą) macierzy A i B jest macierz określona w następujący sposób:
A ą B = [aij]mn ą [bij]mn = [aij ą bij]mn
Przykład 1:
Dane są macierze:

2 1 2 -4 3 1
A = , B =
-1 0 4 2 2 -1
Oblicz A + B oraz A - B.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 5 / 28
Działania na macierzach
Suma i różnica macierzy
Niech A = [aij] i B = [bij] będą macierzami wymiaru m n. Sumą
(różnicą) macierzy A i B jest macierz określona w następujący sposób:
A ą B = [aij]mn ą [bij]mn = [aij ą bij]mn
Przykład 1:
Dane są macierze:

2 1 2 -4 3 1
A = , B =
-1 0 4 2 2 -1
Oblicz A + B oraz A - B.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 5 / 28
Działania na macierzach
Iloczyn macierzy przez liczbę
Niech A będzie macierzą wymiaru m n oraz niech ą będzie liczbą
rzeczywistą lub zespoloną. Iloczynem macierzy A przez liczbę ą jest
macierz określona w następujący sposób:
ąA = ą[aij]mn = [ąaij]mn
Przykład 2:
Dane są macierze A oraz liczba ą:

2 1 2
A = , ą = -3
-1 0 4
Oblicz ą A.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 6 / 28
Działania na macierzach
Iloczyn macierzy przez liczbę
Niech A będzie macierzą wymiaru m n oraz niech ą będzie liczbą
rzeczywistą lub zespoloną. Iloczynem macierzy A przez liczbę ą jest
macierz określona w następujący sposób:
ąA = ą[aij]mn = [ąaij]mn
Przykład 2:
Dane są macierze A oraz liczba ą:

2 1 2
A = , ą = -3
-1 0 4
Oblicz ą A.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 6 / 28
Własności działań na macierzach
Niech A, B, C " Rmn (A, B, C " Cmn), niech 0 oznacza macierz zerową
wymiaru m n oraz niech ą,  " R (ą,  " C). Wówczas
1
A + B = B + A
2
A + (B + C) = (A + B) + C
3
A + 0 = A = 0 + A
4
A + (-A) = A - A = 0
5
ą(A ą B) = ąA ą ąB
6
(ą + )A = ąA + A
7
1 A = A
8
0 A = 0
9
(ą )A = ą(A) = (ąA)
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 7 / 28
Działania na macierzach
Iloczyn macierzy
Niech A będzie macierzą wymiaru m n, zaś macierz B wymiaru n k.
Iloczynem macierzy A i B jest macierz C = [cij]mk, w której elementy cij
określone są wzorem:
cij = ai1b1j + ai2b2j + . . . + ainbnj
AB = [ai1b1j + ai2b2j + . . . + ainbnj]mk
Przykład 3:
Dane są macierze:
ł łł

-4 3
2 1 2
ł śł
A = , B = 2 2
ł ł
-1 0 4
-1 1
Oblicz A B oraz B A.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 8 / 28
Działania na macierzach
Iloczyn macierzy
Niech A będzie macierzą wymiaru m n, zaś macierz B wymiaru n k.
Iloczynem macierzy A i B jest macierz C = [cij]mk, w której elementy cij
określone są wzorem:
cij = ai1b1j + ai2b2j + . . . + ainbnj
AB = [ai1b1j + ai2b2j + . . . + ainbnj]mk
Przykład 3:
Dane są macierze:
ł łł

-4 3
2 1 2
ł śł
A = , B = 2 2
ł ł
-1 0 4
-1 1
Oblicz A B oraz B A.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 8 / 28
Własności działań na macierzach
Niech A1, A2 " Rmn (A1, A2 " Cmn), B1, B2 " Rnk (B1, B2 " Cnk),
C1, C2 " Rkp (C1, C2 " Ckp), ą " R (ą " C). Wówczas
1
AB = BA (w ogólnym przypadku)

2
0A = 0, A0 = 0, gdzie 0 jest macierzą zerową odpowiedniego
wymiaru
3
IA = A, AI = A, gdzie I jest macierzą jednostkową odpowiedniego
wymiaru
4
(AB)C = A(BC);
5
A(B1 + B2) = AB1 + AB2;
6
(A1 + A2)B = A1B + A2B;
7
(ąA)B = ą(AB) = (AB)ą = A(ąB).
Zamiast AA . . . A będziemy pisali Ak. Zauważmy, że dla każdego

k czynnikow
naturalnego k 2 iloczyn Ak istnieje, tylko wtedy, gdy Ann.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 9 / 28
Własności działań na macierzach
Niech A1, A2 " Rmn (A1, A2 " Cmn), B1, B2 " Rnk (B1, B2 " Cnk),
C1, C2 " Rkp (C1, C2 " Ckp), ą " R (ą " C). Wówczas
1
AB = BA (w ogólnym przypadku)

2
0A = 0, A0 = 0, gdzie 0 jest macierzą zerową odpowiedniego
wymiaru
3
IA = A, AI = A, gdzie I jest macierzą jednostkową odpowiedniego
wymiaru
4
(AB)C = A(BC);
5
A(B1 + B2) = AB1 + AB2;
6
(A1 + A2)B = A1B + A2B;
7
(ąA)B = ą(AB) = (AB)ą = A(ąB).
Zamiast AA . . . A będziemy pisali Ak. Zauważmy, że dla każdego

k czynnikow
naturalnego k 2 iloczyn Ak istnieje, tylko wtedy, gdy Ann.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 9 / 28
Własności działań na macierzach
Niech A1, A2 " Rmn (A1, A2 " Cmn), B1, B2 " Rnk (B1, B2 " Cnk),
C1, C2 " Rkp (C1, C2 " Ckp), ą " R (ą " C). Wówczas
1
AB = BA (w ogólnym przypadku)

2
0A = 0, A0 = 0, gdzie 0 jest macierzą zerową odpowiedniego
wymiaru
3
IA = A, AI = A, gdzie I jest macierzą jednostkową odpowiedniego
wymiaru
4
(AB)C = A(BC);
5
A(B1 + B2) = AB1 + AB2;
6
(A1 + A2)B = A1B + A2B;
7
(ąA)B = ą(AB) = (AB)ą = A(ąB).
Zamiast AA . . . A będziemy pisali Ak. Zauważmy, że dla każdego

k czynnikow
naturalnego k 2 iloczyn Ak istnieje, tylko wtedy, gdy Ann.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 9 / 28
Własności działań na macierzach
Niech A1, A2 " Rmn (A1, A2 " Cmn), B1, B2 " Rnk (B1, B2 " Cnk),
C1, C2 " Rkp (C1, C2 " Ckp), ą " R (ą " C). Wówczas
1
AB = BA (w ogólnym przypadku)

2
0A = 0, A0 = 0, gdzie 0 jest macierzą zerową odpowiedniego
wymiaru
3
IA = A, AI = A, gdzie I jest macierzą jednostkową odpowiedniego
wymiaru
4
(AB)C = A(BC);
5
A(B1 + B2) = AB1 + AB2;
6
(A1 + A2)B = A1B + A2B;
7
(ąA)B = ą(AB) = (AB)ą = A(ąB).
Zamiast AA . . . A będziemy pisali Ak. Zauważmy, że dla każdego

k czynnikow
naturalnego k 2 iloczyn Ak istnieje, tylko wtedy, gdy Ann.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 9 / 28
Transpozycja macierzy
Definicja 3:
Macierz B = [bji]nm nazywamymacierzą transponowanądo macierzy
A = [aij]mn, jeżeli bji = aij, gdzie 1 i m oraz 1 j n.
Macierz transponowaną do macierzy A oznaczamy przez AT (B = AT ).
Przykład 4:
Dana jest macierze:

2 1 2
A = ,
-1 0 4
Wyznacz macierz transponowaną do A.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 10 / 28
Transpozycja macierzy
Definicja 3:
Macierz B = [bji]nm nazywamymacierzą transponowanądo macierzy
A = [aij]mn, jeżeli bji = aij, gdzie 1 i m oraz 1 j n.
Macierz transponowaną do macierzy A oznaczamy przez AT (B = AT ).
Przykład 4:
Dana jest macierze:

2 1 2
A = ,
-1 0 4
Wyznacz macierz transponowaną do A.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 10 / 28
Własności działań na macierzach
Niech A " Rmn (A " Cmn), B " Rnm (B " Cnm), ą " R (ą " C).
Wówczas:
1
(A ą B)T = AT ą BT
2
(ąA)T = ąAT
T
3
AT = A
4
(AB)T = BT AT
r
5
(Ar )T = AT
T
6
I = I
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 11 / 28
Macierz symetryczna i antysymetryczna
Definicja 4:
Macierz kwadratową A nazywamymacierzą symetrycznąjeżeli
A = AT
.
Przykład 5:
ł łł
1 2 3
ł śł
A = 2 0 -1 ,
ł ł
3 -1 5
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 12 / 28
Macierz symetryczna i antysymetryczna
Definicja 4:
Macierz kwadratową A nazywamymacierzą symetrycznąjeżeli
A = AT
.
Przykład 5:
ł łł
1 2 3
ł śł
A = 2 0 -1 ,
ł ł
3 -1 5
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 12 / 28
Macierz symetryczna i antysymetryczna
Definicja 5:
Macierz kwadratową B nazywamymacierzą antysymetrycznąjeżeli
BT = -B
.
Przykład 6:
ł łł
0 1 2
ł śł
A = -1 0 -3 ,
ł ł
-2 3 0
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 13 / 28
Macierz symetryczna i antysymetryczna
Definicja 5:
Macierz kwadratową B nazywamymacierzą antysymetrycznąjeżeli
BT = -B
.
Przykład 6:
ł łł
0 1 2
ł śł
A = -1 0 -3 ,
ł ł
-2 3 0
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 13 / 28
Własności macierzy symetrycznej i antysymetrycznej
1
Dla dowolnej macierzy A macierze AAT i AT A są symetryczne.
2
Dla macierzy kwadratowej A macierz A + AT jest symetryczna
natomiast macierz A - AT jest antysymetryczna. Wtedy macierz A
można jednoznacznie przedstawić w postaci sumy macierzy
symetrycznej i antysymetrycznej

1 1
A = A + AT + A - AT
2 2
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 14 / 28
Własności macierzy symetrycznej i antysymetrycznej
1
Dla dowolnej macierzy A macierze AAT i AT A są symetryczne.
2
Dla macierzy kwadratowej A macierz A + AT jest symetryczna
natomiast macierz A - AT jest antysymetryczna. Wtedy macierz A
można jednoznacznie przedstawić w postaci sumy macierzy
symetrycznej i antysymetrycznej

1 1
A = A + AT + A - AT
2 2
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 14 / 28
Wyznaczniki
Definicja 6:
Wyznacznikiem macierzykwadratowej nazywamy funkcję, która każdej
macierzy rzeczywistej (zespolonej) A = [aij] przypisuje liczbę rzeczywistą
(zespoloną) det A = |A|.
Funkcja ta jest określona indukcyjnie:
1
jeśli macierz A jest stopnia 1, a więc A = [a11], to det A = a11;
2
jeśli macierz A ma stopień n 2, to
det A = (-1)1+1a11 det A11 + . . . + (-1)1+na1n det A1n,
gdzie Aij oznacza macierz stopnia n - 1 otrzymaną z macierzy A
przez skreślenie i-tego wiersza i j-tej kolumny.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 15 / 28
Wyznaczniki
Reguła obliczania wyznacznika stopnia 2

a11 a12
Niech A = .
a21 a22
Wyznacznik macierzy A jest definiowany jako


a11 a12

det A = = a11a22 - a12a21.
a21 a22
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 16 / 28
Wyznaczniki
Reguła obliczania wyznacznika stopnia 3 - schemat Sarrusa
ł łł
a11 a12 a13
ł
Niech A = a21 a22 a23 śł.
ł ł
a31 a32 a33
Wówczas wyznacznik macierzy A przy wykorzystaniu metody Sarrusa
obliczamy w następujący sposób:


a11 a12 a13 a11 a12 a13 a11 a12


det A = a21 a22 a23 = a21 a22 a23 a21 a22 =



a31 a32 a33 a31 a32 a33 a31 a23
= (a11a22a33 +a12a23a31 +a13a21a23)-(a13a22a31 +a11a23a32 +a12a21a33).
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 17 / 28
Wyznaczniki
Definicja 7:
Niech A = [aij] będzie macierzą kwadratową stopnia n 2.Dopełnieniem
algebraicznymelementu aij macierzy A nazywamy liczbę:
Dij = (-1)i+j det Aij,
gdzie Aij oznacza macierz stopnia n - 1 otrzymaną przez skreślenie i-tego
wiersza i j-tej kolumny macierzy A.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 18 / 28
Wyznaczniki
Przykład 7:
Wyznacz dopełnienie algebraiczne elementu a32 = 2 i elementu a24
macierzy B.
ł łł
1 0 3 -1
ł śł
3 1
ł -1 0
śł
B = ł śł
ł 2 4 -4 0 ł
1 2 0 2
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 19 / 28
Wyznaczniki
Twierdzenie (rozwinięcie Laplace a)
Niech A = [aij] będzie macierzą kwadratową stopnia n 2. Dla ustalonych
liczb naturalnych i oraz j, gdzie 1 i, j n, wyznacznik macierzy A
obliczamy korzystając z następujących wzorów:
1
det A = ai1Di1 + ai2Di2 + . . . + ainDin,
co oznacza, że wyznacznik macierzy A jest równy sumie iloczynów
elementów i-tego wiersza i ich dopełnień algebraicznych. Wzór ten
nazywamy rozwinięciem Laplace a względem i-tego wiersza.
2
detA = a1jD1j + a2jD2j + . . . + anjDnj,
co oznacza, że wyznacznik macierzy A jest równy sumie iloczynów
elementów j-tej kolumny i ich dopełnień algebraicznych. Wzór ten
nazywamy rozwinięciem Laplace a względem j-tej kolumny.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 20 / 28
Wyznaczniki
Własności wyznacznika
1
Jeżeli przestawimy między sobą dwa wiersze (dwie kolumny), to
wyznacznik zmieni znak.
2
Jeżeli pomnożymy wszystkie elementy pewnego wiersza (pewnej
kolumny) przez wspólny czynnik, to wyznacznik zostanie też
pomnożony przez ten czynnik.
3
Wyznacznik nie zmieni się, jeżeli do elementów dowolnego wiersza
(dowolnej kolumny) dodamy odpowiadające im elementy innego
wiersza (innej kolumny) pomnożone przez dowolną liczbę.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 21 / 28
Wyznaczniki
Własności wyznacznika
1
Jeżeli przestawimy między sobą dwa wiersze (dwie kolumny), to
wyznacznik zmieni znak.
2
Jeżeli pomnożymy wszystkie elementy pewnego wiersza (pewnej
kolumny) przez wspólny czynnik, to wyznacznik zostanie też
pomnożony przez ten czynnik.
3
Wyznacznik nie zmieni się, jeżeli do elementów dowolnego wiersza
(dowolnej kolumny) dodamy odpowiadające im elementy innego
wiersza (innej kolumny) pomnożone przez dowolną liczbę.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 21 / 28
Wyznaczniki
Własności wyznacznika
1
Jeżeli przestawimy między sobą dwa wiersze (dwie kolumny), to
wyznacznik zmieni znak.
2
Jeżeli pomnożymy wszystkie elementy pewnego wiersza (pewnej
kolumny) przez wspólny czynnik, to wyznacznik zostanie też
pomnożony przez ten czynnik.
3
Wyznacznik nie zmieni się, jeżeli do elementów dowolnego wiersza
(dowolnej kolumny) dodamy odpowiadające im elementy innego
wiersza (innej kolumny) pomnożone przez dowolną liczbę.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 21 / 28
Wyznaczniki
4
Wyznacznik macierzy kwadratowej mający kolumnę złożoną (wiersz
złożony) z samych zer jest równy zero.
5
Wyznacznik macierzy kwadratowej mający jednakowe dwie kolumny
(dwa wiersze) jest równy zero.
6
Wyznacznik macierzy kwadratowej, której elementy pewnej kolumny
(pewnego wiersza) są sumami dwóch składników jest równy sumie
wyznaczników macierzy, w których elementy tej kolumny (tego
wiersza) są zastąpione tymi składnikami.
7
Wyznacznik macierzy kwadratowej i jej transpozycji są równe:
det A = det AT .
8
Niech A = [aij]mn, B = [bij]mn, wtedy det(AB) = det A det B.
9
det In = 1
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 22 / 28
Wyznaczniki
4
Wyznacznik macierzy kwadratowej mający kolumnę złożoną (wiersz
złożony) z samych zer jest równy zero.
5
Wyznacznik macierzy kwadratowej mający jednakowe dwie kolumny
(dwa wiersze) jest równy zero.
6
Wyznacznik macierzy kwadratowej, której elementy pewnej kolumny
(pewnego wiersza) są sumami dwóch składników jest równy sumie
wyznaczników macierzy, w których elementy tej kolumny (tego
wiersza) są zastąpione tymi składnikami.
7
Wyznacznik macierzy kwadratowej i jej transpozycji są równe:
det A = det AT .
8
Niech A = [aij]mn, B = [bij]mn, wtedy det(AB) = det A det B.
9
det In = 1
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 22 / 28
Wyznaczniki
4
Wyznacznik macierzy kwadratowej mający kolumnę złożoną (wiersz
złożony) z samych zer jest równy zero.
5
Wyznacznik macierzy kwadratowej mający jednakowe dwie kolumny
(dwa wiersze) jest równy zero.
6
Wyznacznik macierzy kwadratowej, której elementy pewnej kolumny
(pewnego wiersza) są sumami dwóch składników jest równy sumie
wyznaczników macierzy, w których elementy tej kolumny (tego
wiersza) są zastąpione tymi składnikami.
7
Wyznacznik macierzy kwadratowej i jej transpozycji są równe:
det A = det AT .
8
Niech A = [aij]mn, B = [bij]mn, wtedy det(AB) = det A det B.
9
det In = 1
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 22 / 28
Wyznaczniki
4
Wyznacznik macierzy kwadratowej mający kolumnę złożoną (wiersz
złożony) z samych zer jest równy zero.
5
Wyznacznik macierzy kwadratowej mający jednakowe dwie kolumny
(dwa wiersze) jest równy zero.
6
Wyznacznik macierzy kwadratowej, której elementy pewnej kolumny
(pewnego wiersza) są sumami dwóch składników jest równy sumie
wyznaczników macierzy, w których elementy tej kolumny (tego
wiersza) są zastąpione tymi składnikami.
7
Wyznacznik macierzy kwadratowej i jej transpozycji są równe:
det A = det AT .
8
Niech A = [aij]mn, B = [bij]mn, wtedy det(AB) = det A det B.
9
det In = 1
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 22 / 28
Wyznaczniki
4
Wyznacznik macierzy kwadratowej mający kolumnę złożoną (wiersz
złożony) z samych zer jest równy zero.
5
Wyznacznik macierzy kwadratowej mający jednakowe dwie kolumny
(dwa wiersze) jest równy zero.
6
Wyznacznik macierzy kwadratowej, której elementy pewnej kolumny
(pewnego wiersza) są sumami dwóch składników jest równy sumie
wyznaczników macierzy, w których elementy tej kolumny (tego
wiersza) są zastąpione tymi składnikami.
7
Wyznacznik macierzy kwadratowej i jej transpozycji są równe:
det A = det AT .
8
Niech A = [aij]mn, B = [bij]mn, wtedy det(AB) = det A det B.
9
det In = 1
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 22 / 28
Wyznaczniki
4
Wyznacznik macierzy kwadratowej mający kolumnę złożoną (wiersz
złożony) z samych zer jest równy zero.
5
Wyznacznik macierzy kwadratowej mający jednakowe dwie kolumny
(dwa wiersze) jest równy zero.
6
Wyznacznik macierzy kwadratowej, której elementy pewnej kolumny
(pewnego wiersza) są sumami dwóch składników jest równy sumie
wyznaczników macierzy, w których elementy tej kolumny (tego
wiersza) są zastąpione tymi składnikami.
7
Wyznacznik macierzy kwadratowej i jej transpozycji są równe:
det A = det AT .
8
Niech A = [aij]mn, B = [bij]mn, wtedy det(AB) = det A det B.
9
det In = 1
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 22 / 28
Wyznaczniki
Operacje elementarne:
1
wi ! wj - zamiana i-tego oraz j-tego wiersza
2
ki ! kj - zamiana i-tej oraz j-tej kolumny
3
cwi - pomnożenie i-tego wiersza przez liczbę c, gdzie c = 0

4
ckj - pomnożenie j-tej kolumny przez liczbę c, gdzie c = 0

5
wi + cwj - dodanie do elementów i-tego wiersza odpowiadających
elementów j-tego wiersza pomnożonych przez liczbę c
6
ki + ckj - dodanie do elementów i-tej kolumny odpowiadających
elementów j-tej kolumny pomnożonych przez liczbę c
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 23 / 28
Wyznaczniki
Operacje elementarne:
1
wi ! wj - zamiana i-tego oraz j-tego wiersza
2
ki ! kj - zamiana i-tej oraz j-tej kolumny
3
cwi - pomnożenie i-tego wiersza przez liczbę c, gdzie c = 0

4
ckj - pomnożenie j-tej kolumny przez liczbę c, gdzie c = 0

5
wi + cwj - dodanie do elementów i-tego wiersza odpowiadających
elementów j-tego wiersza pomnożonych przez liczbę c
6
ki + ckj - dodanie do elementów i-tej kolumny odpowiadających
elementów j-tej kolumny pomnożonych przez liczbę c
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 23 / 28
Wyznaczniki
Operacje elementarne:
1
wi ! wj - zamiana i-tego oraz j-tego wiersza
2
ki ! kj - zamiana i-tej oraz j-tej kolumny
3
cwi - pomnożenie i-tego wiersza przez liczbę c, gdzie c = 0

4
ckj - pomnożenie j-tej kolumny przez liczbę c, gdzie c = 0

5
wi + cwj - dodanie do elementów i-tego wiersza odpowiadających
elementów j-tego wiersza pomnożonych przez liczbę c
6
ki + ckj - dodanie do elementów i-tej kolumny odpowiadających
elementów j-tej kolumny pomnożonych przez liczbę c
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 23 / 28
Wyznaczniki
Operacje elementarne:
1
wi ! wj - zamiana i-tego oraz j-tego wiersza
2
ki ! kj - zamiana i-tej oraz j-tej kolumny
3
cwi - pomnożenie i-tego wiersza przez liczbę c, gdzie c = 0

4
ckj - pomnożenie j-tej kolumny przez liczbę c, gdzie c = 0

5
wi + cwj - dodanie do elementów i-tego wiersza odpowiadających
elementów j-tego wiersza pomnożonych przez liczbę c
6
ki + ckj - dodanie do elementów i-tej kolumny odpowiadających
elementów j-tej kolumny pomnożonych przez liczbę c
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 23 / 28
Macierz odwrotna
Definicja 8:
Niech A będzie macierzą kwadratową stopnia n.Macierzą odwrotnądo
macierzy A nazywamy macierz oznaczoną przez A-1, która spełnia
warunek:
AA-1 = A-1A = In,
gdzie In jest macierzą jednostkową stopnia n.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 24 / 28
Macierz odwrotna
Definicja 9:
Macierz kwadratową A nazywamymacierzą osobliwą, gdy
det A = 0.
W przeciwnym przypadku mówimy, że macierz A jest nieosobliwa.
Fakt:
Macierz A jest odwracalna wtedy i tylko wtedy, gdy det A = 0.

Wtedy A-1 obliczamy ze wzoru
1
A-1 = DT
det A
gdzie D jest macierzą dopełnień algebraicznych macierzy A.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 25 / 28
Macierz odwrotna
Definicja 9:
Macierz kwadratową A nazywamymacierzą osobliwą, gdy
det A = 0.
W przeciwnym przypadku mówimy, że macierz A jest nieosobliwa.
Fakt:
Macierz A jest odwracalna wtedy i tylko wtedy, gdy det A = 0.

Wtedy A-1 obliczamy ze wzoru
1
A-1 = DT
det A
gdzie D jest macierzą dopełnień algebraicznych macierzy A.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 25 / 28
Macierz odwrotna
Własności macierzy odwrotnych
1
det(A-1) = (det A)-1
-1
2
A-1 = A
-1 T
3
AT = A-1
4
(AB)-1 = B-1A-1
1
5
(ąA)-1 = A-1
ą
n
6
(An)-1 = A-1
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 26 / 28
Macierz odwrotna
Bezwyznacznikowy algorytm znajdowania macierzy odwrotnych

-
--
[A|I ] op.el. I |A-1
gdzie op. el. oznacza operacje elementarne na wierszach.
Dozwolone operacje elementarne:
1
przestawić między sobą dwa dowolne wiersza;
2
dowolny wiersz pomnożyć przez stałą różną od zera;
3
do elementów dowolnego wiersza dodawać sumy odpowiadających im
elementów innych wierszy pomnozonych przez dowolne liczby.
Uwaga: analogiczne operacje można wykonywać na kolumnach.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 27 / 28
Macierz odwrotna
Bezwyznacznikowy algorytm znajdowania macierzy odwrotnych

-
--
[A|I ] op.el. I |A-1
gdzie op. el. oznacza operacje elementarne na wierszach.
Dozwolone operacje elementarne:
1
przestawić między sobą dwa dowolne wiersza;
2
dowolny wiersz pomnożyć przez stałą różną od zera;
3
do elementów dowolnego wiersza dodawać sumy odpowiadających im
elementów innych wierszy pomnozonych przez dowolne liczby.
Uwaga: analogiczne operacje można wykonywać na kolumnach.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 27 / 28
Macierz odwrotna
Bezwyznacznikowy algorytm znajdowania macierzy odwrotnych

-
--
[A|I ] op.el. I |A-1
gdzie op. el. oznacza operacje elementarne na wierszach.
Dozwolone operacje elementarne:
1
przestawić między sobą dwa dowolne wiersza;
2
dowolny wiersz pomnożyć przez stałą różną od zera;
3
do elementów dowolnego wiersza dodawać sumy odpowiadających im
elementów innych wierszy pomnozonych przez dowolne liczby.
Uwaga: analogiczne operacje można wykonywać na kolumnach.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 27 / 28
Macierz odwrotna
Bezwyznacznikowy algorytm znajdowania macierzy odwrotnych

-
--
[A|I ] op.el. I |A-1
gdzie op. el. oznacza operacje elementarne na wierszach.
Dozwolone operacje elementarne:
1
przestawić między sobą dwa dowolne wiersza;
2
dowolny wiersz pomnożyć przez stałą różną od zera;
3
do elementów dowolnego wiersza dodawać sumy odpowiadających im
elementów innych wierszy pomnozonych przez dowolne liczby.
Uwaga: analogiczne operacje można wykonywać na kolumnach.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 27 / 28
Macierz odwrotna
Bezwyznacznikowy algorytm znajdowania macierzy odwrotnych

-
--
[A|I ] op.el. I |A-1
gdzie op. el. oznacza operacje elementarne na wierszach.
Dozwolone operacje elementarne:
1
przestawić między sobą dwa dowolne wiersza;
2
dowolny wiersz pomnożyć przez stałą różną od zera;
3
do elementów dowolnego wiersza dodawać sumy odpowiadających im
elementów innych wierszy pomnozonych przez dowolne liczby.
Uwaga: analogiczne operacje można wykonywać na kolumnach.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 27 / 28
Macierz odwrotna
Algorytm Gaussa-Jordana pozwala wykonując operacje elementarne
uzyskać macierz jednostkową w dwóch krokach.
Krok I: Otrzymanie macierzy trójkątnej górnej z jedynkami na głównej
przekątnej.
Krok II: Otrzymanie macierzy jednostkowej.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 28 / 28
Macierz odwrotna
Algorytm Gaussa-Jordana pozwala wykonując operacje elementarne
uzyskać macierz jednostkową w dwóch krokach.
Krok I: Otrzymanie macierzy trójkątnej górnej z jedynkami na głównej
przekątnej.
Krok II: Otrzymanie macierzy jednostkowej.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 28 / 28
Macierz odwrotna
Algorytm Gaussa-Jordana pozwala wykonując operacje elementarne
uzyskać macierz jednostkową w dwóch krokach.
Krok I: Otrzymanie macierzy trójkątnej górnej z jedynkami na głównej
przekątnej.
Krok II: Otrzymanie macierzy jednostkowej.
R.Stasiewicz (rok ak. 2013/14) Matematyka 1 ELEKTROTECHNIKA 28 / 28


Wyszukiwarka