Определители второго и третьего порядков, их основные свойства. Миноры и алгебраические дополнения. Определитель n-го порядка

Матрицей называется прямоугольная таблица чисел Обозначения: А – матрица элемент матрицы номер строки в которой стоит данный элемент номер соответствующего столбца; m – число строк матрицы n – число ее столбцов. Числа m и n называются размерностями матрицы. Число n в этом случае называют порядком квадратной матрицы. Матрицы одинаковой размерности называются равными если у них соответственно равны элементы стоящие на...

2015-01-30

52.4 KB

47 чел.


Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск


5

Глухов Ю.П. Конспект лекций по высшей математике.

АЛГЕБРА – раздел математики, в котором изучают действия над величинами не зависимо от их числового значения. Основное содержание алгебры – методы решения алгебраических уравнений.

  1.  Элементы линейной алгебры.

Лекция 1.

ТЕМА: Определители второго и третьего порядков, их основные свойства. Миноры и алгебраические дополнения. Определитель n-го порядка.

План лекции.

  1.  Основные определения.
  2.  Определители второго и третьего порядков.
  3.  Свойства определителей.
  4.  Разложение определителя по строке. Дополнительный минор и алгебраическое дополнение.
  5.  Определители более высоких порядков.

Основные определения.

Определение. Матрицей называется прямоугольная таблица чисел

                                                     

Обозначения:  А – матрица,  - элемент матрицы,  номер строки, в которой стоит данный элемент,  номер соответствующего столбца; m – число строк матрицы, n – число ее столбцов.

Определение. Числа m и n называются размерностями матрицы.

Определение. Матрица называется квадратной, если m = n. Число n в этом случае называют порядком квадратной матрицы.

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

Определение. Матрицы одинаковой размерности называются равными, если у них соответственно равны элементы, стоящие на одинаковых местах.

Определение. Матрица называется нулевой, если все ее элементы равны 0.

Определение.  Матрица вида    называется единичной матрицей.

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

Пример.    - симметрическая матрица                  

Определение. Квадратная матрица вида  называется диагональной матрицей.

Определители (детерминанты).

Каждой квадратной матрице можно поставить в соответствие число, определяемое единственным образом с использованием всех элементов матрицы. Это число называется определителем.

                                                 

Определение. Определителем второго порядка называется число, полученное с помощью элементов квадратной матрицы 2-го порядка следующим образом:

                                                 .

При этом из произведения элементов, стоящих на так называемой главной диагонали матрицы (идущей из левого верхнего в правый нижний угол) вычитается произведение элементов, находящихся на второй, или побочной, диагонали.

Примеры.

1.           2. 

Определение. Определителем третьего порядка называется число, определяемое с помощью элементов квадратной матрицы 3-го порядка следующим образом:

                     

Замечание. Для того, чтобы легче запомнить эту формулу, можно использовать так называемое правило треугольников. Оно заключается в следующем: элементы, произведения которых входят в определитель со знаком «+», располагаются так:

образуя два треугольника, симметричных относительно главной диагонали. Элементы, произведения которых входят в определитель со знаком «-», располагаются аналогичным образом относительно побочной диагонали:

Примеры.

1.     2. 

Определение. Транспонированием матрицы называется операция, в результате которой меняются местами строки и столбцы с сохранением порядка их следования. В результате получается матрица А`, называемая транспонированной по отношению к матрице А, элементы которой связаны с элементами А соотношением  a`ij = aji . 

Основные свойства определителей.

Сформулируем и докажем основные свойства определителей 2-го и 3-го порядка (доказательство проведем для определителей 3-го порядка).

Свойство 1. Определитель не изменяется при транспонировании, т.е.

                                          

Доказательство.

                                                            

                       

Замечание. Следующие свойства определителей будут формулироваться только для строк. При этом из свойства 1 следует, что теми же свойствами будут обладать и столбцы.

Свойство 2. При умножении элементов строки определителя на некоторое число весь определитель умножается на это число, т.е.

                          .

Доказательство.

                                                           

Свойство 3. Определитель, имеющий нулевую строку, равен 0.    

                             

Доказательство этого свойства следует из свойства 2 при k = 0.

Свойство 4. Определитель, имеющий две равные строки, равен 0.

                             

                           

Доказательство.

Свойство 5. Определитель, две строки которого пропорциональны, равен 0.

                                                            

Доказательство следует из свойств 2 и 4.

В общем случае, если в матрице А строки или столбцы линейно зависимы, то ее определитель равен нулю.

Свойство 6. При перестановке двух строк определителя он умножается на –1.

                                                   

Т.е., если в квадратной матрице поменять местами какие-либо две строки (или столбца), то определитель матрицы изменит знак, не изменившись по абсолютной величине.

Доказательство.

                         

Свойство 7.    det ( A B) = det A det B.

                                 

Доказательство этого свойства можно провести самостоятельно, сравнив значения левой и правой частей равенства, найденные с помощью определения определителя.

Свойство 8.                   det (AB) = detAdetB

Свойство 9. Величина определителя не изменится, если к элементам одной строки прибавить соответствующие элементы другой строки, умноженные на одно и то же число.

                                          

Доказательство следует из свойств 7 и 5.

Разложение определителя по строке.

Определение. Минором (дополнительным минором) элемента определителя называется определитель, полученный из данного путем вычеркивания строки и столбца, в которых стоит выбранный элемент.

Обозначение:  выбранный элемент определителя, его минор.

Пример. Для  

Определение.  Алгебраическим дополнением элемента определителя называется его дополнительный минор, если сумма индексов данного элемента i+j есть число четное, или число, противоположное минору, если i+j нечетно, т.е.

Рассмотрим еще один способ вычисления определителей третьего порядка – так называемое разложение по строке или столбцу. Для этого докажем следующую теорему:

Теорема. Определитель равен сумме произведений элементов любой его строки или столбца на их алгебраические дополнения, т.е.

                      где i=1,2,3.

Доказательство.

    Докажем теорему для первой строки определителя, так как для любой другой строки или столбца можно провести аналогичные рассуждения и получить тот же результат.

   Найдем алгебраические дополнения к элементам первой строки:

Тогда

Таким образом, для вычисления определителя достаточно найти алгебраические дополнения к элементам какой-либо строки или столбца и вычислить сумму их произведений на соответствующие элементы определителя.

Пример. Вычислим определитель  с помощью разложения по первому столбцу. Заметим, что  при этом искать не требуется, так как следовательно, и  Найдем  и    Следовательно,

=

Определители более высоких порядков.

Определение. Определителем квадратной матрицы А= называется число, которое может быть вычислено по элементам матрицы  по формуле:

                                                               det A = ,     где                         

М – детерминант матрицы, полученной из исходной вычеркиванием первой строки и k – го столбца. Следует обратить внимание на то, что определители имеют только квадратные матрицы, т.е. матрицы, у которых число строк равно числу столбцов.

 

Предыдущая формула позволяет вычислить определитель матрицы по первой строке, также справедлива формула вычисления определителя по первому столбцу:

                                                               det  A =                                     

Вообще говоря, определитель может вычисляться по любой строке или столбцу матрицы, т.е. справедлива формула:

                                                    detA = ,     i = 1,2,…,n.                         

Очевидно, что различные матрицы могут иметь одинаковые определители.

Замечание 1. Свойства определителей 3-го порядка справедливы и для определителей n-го порядка.

Замечание 2. На практике определители высоких порядков вычисляют с помощью разложения по строке или столбцу. Это позволяет понизить порядок вычисляемых определителей и в конечном счете свести задачу к нахождению определителей 3-го порядка.

Пример. Вычислим определитель 4-го порядка   с помощью разложения по 2-му столбцу. Для этого найдем  и :

                          Следовательно,

 

Кафедра информатики и высшей математики КГПУ



 

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.
2658. Кривые второго порядка 98.92 KB
  Клянусь говорить правду, только правду и ничего, кроме правды. Господа! Парабола является, пожалуй, одной из самых известных кривых в математике и, наверное, никакая другая кривая не имеет в своём характере столько ужасных черт, как она.
8647. Поверхности второго порядка 38.33 KB
  Если два собственных числа совпадают эллипсоид называется эллипсоидом вращения и представляет собой поверхность полученную в результате вращения эллипса вокруг одной из его осей. Поверхности вращения. Поверхность описываемая некоторой линией вращающейся вокруг неподвижной прямой d называется поверхностью вращения с осью вращения d. Если уравнение поверхности в прямоугольной системе координат имеет вид: Fx2 y2 z = 0 то эта поверхность – поверхность вращения с осью вращения Оz.
853. Линии второго порядка в проективной геометрии 417.92 KB
  Проективная геометрия, изучающая свойства геометрических фигур, которые сохраняются при любом проектировании данной фигуры с одной плоскости на другую, показала, что задачи начертательной геометрии составляют один из классов задач проективной геометрии.
13541. Основные типы дифференциальных уравнений первого порядка 113.05 KB
  Рассмотрим уравнение XxdxYydy=0 1 в котором коэффициент при dx зависит только от x а коэффициент при dy – только от y. Такое уравнение называется уравнением с разделенными переменными. Тогда уравнение 1 можно переписать так . К уравнению с разделенными переменными легко приводится уравнение вида p1xp2ydx q1xq2ydy = 0 в котором коэффициенты при dx и dy представляют собой произведения функции от x на функцию от y.
9132. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД 21.78 KB
  Классификация свойств горных пород. Число физических свойств горных пород проявляющихся в их взаимодействии с другими объектами и явлениями материального мира может быть сколь угодно велико. В геомеханике требуется знание в первую очередь механических и плотностных свойств но вместе с тем могут представлять интерес и некоторые другие свойства показатели которых достаточно чётко отражают состояние пород или отчетливо коррелируют с напряжениями в породном массиве и потому могут быть использованы для оценки...
8650. Векторное и смешанное произведение векторов, их основные свойства и геометрический смысл 36.38 KB
  Векторное и смешанное произведение векторов их основные свойства и геометрический смысл План лекции. Векторное произведение векторов его свойства. Смешанное произведение векторов его свойства. Будем называть три вектора аbc для которых определен порядок следования тройкой или упорядоченной тройкой векторов.
21752. Изменения и дополнения положений гражданского кодекса РФ о перемене лиц в обязательстве 24.47 KB
  Тема уступки прав требования и перевода долга как способов перемены лиц в обязательстве стала усиленно разрабатываться после исследования принципа неизменности личного состава обязательства известного Древнему Риму и приобрела известность практически во всех странах как романо-германской так и англосаксонской системы. История развития российского законодательства об уступке права требования и переводе долга восходит к дореволюционным временам. 18 об...
6300. Требования к носителям промышленных гетерогенных катализаторов. Основные типы носителей. Их физико-химические характеристики и технологические свойства 20.07 KB
  Представляет собой смесь силикатов натрия калия кальция алюминия магния железа. Перед использованием из пемзы кислотами удаляют примеси железа и алюминия. Оксиды алюминия. αА12О3 корунд наиболее устойчивая форма оксида алюминия содержащая примерно 99 А12О3 и небольшое количество примесей оксидов титана и кремния.
20268. Основные подходы к определению инновации. Свойства инновации, виды инноваций 47.53 KB
  Инновация, нововведение (англ. innovation) — это внедрённое новшество, обеспечивающее качественный рост эффективности процессов или продукции, востребованное рынком. Является конечным результатом интеллектуальной деятельности человека, его фантазии, творческого процесса, открытий, изобретений и рационализации. Примером инновации является выведение на рынок продукции (товаров и услуг) с новыми потребительскими свойствами или качественным повышением эффективности производственных систем.
8904. Философские представления о материи. Основные свойства и признаки материи 13.74 KB
  Основные свойства и признаки материи. История представлений о материи. Естественные науки и философское определение материи.
© "REFLEADER" http://refleader.ru/
Все права на сайт и размещенные работы
защищены законом об авторском праве.