I bob. Matritsa va determinantlar
Download 444.19 Kb. Pdf ko'rish
|
Matrtsa va determinantlar
I BOB. MATRITSA VA DETERMINANTLAR Matritsalar va ular ustida amallar Matritsa determinanti Matritsa rangi Teskari matritsa Maple tizimida matritsa va determinantlarni hisoblash 1.1. Matritsalar va ular ustida amallar. m ta satr va n ta ustunli, ta sonlardan tuzilgan to‘g’ri to‘rtburchakli jadvalga
Masalan, sonlarning to‘g’ri to‘rtburchakli yoki
jadvali o‘lchamli matritsa bo‘ladi. Matritsani ifodalashda kichik ( ) yoki o‘rta [ ] qavslardan foydalaniladi. o‘lchamlimatritsa, ya’nifaqat 1 tasatrdantuzilganmatritsasatr-matritsadeyiladi. Masalan, satr-
matritsahisoblanadi. o‘lchamlimatritsa, ya’nifaqat 1 taustundantuzilganmatritsaustun- matritsadeyiladi. Masalan, ustun-matritsadir. Nxn o‘lchamli matritsa kvadrat matritsa deyiladi, n esa uning tartibi deb yuritiladi. Masalan, 3-tartibli kvadrat matritsaga misol bo‘la oladi. 1-tartibli matritsa son bo‘ladi. Matritsani hosil qiluvchi sonlar matritsaning elementlari deyiladi. Matritsaning elementlari, asosan, ikki indeksli harflar bilan belgilanadi, masalan, bunda birinchi indeks shu element joylashgan satr nomerini, ikkinchi indeks esa ustun nomerini ko‘rsatadi. Masalan, 3x4 o‘lchamli A matritsa umuman
n 5 2 9 1 6 3 5 2 9 1 6 3 2 3 1 n 9 3 0 6 1 m 1 7 2 8 0 1 4 7 6 5 1 3
a ko‘rinishda yoziladi yoki
qisqacha ko‘rinishdabelgilanadi. Indekslari o‘zaro teng bo‘lgan matritsaga elementlariga matritsaning
bo‘lgan kvadrat matritsa dioganal matritsa deyiladi va quyidagicha yoziladi: . Kvadrat matritsaning bosh dioganaldan yuqorida (yoki pastda) joylashgan elementlari nolga teng bo‘lsa bunday matritsaga uch burchakli matritsa deyiladi. Agar matritsaning tartib nomerlarini saqlagan holda satrlarini ustun, ustunlarini satr ko‘rinishda yozilsa, bunday matritsaga transponirlanganmatritsa, deb ataladi. A matritsaga transponirlangan matritsa ko‘rinishda belgilanadi. va . Agar o‘lchamli A va B matritsalarda ularning mos elementlari teng bo‘lsa, ya’ni, bo‘lsa, bu matritsalar teng deyiladi. Bu holda deb yoziladi. Matritsalar uchun taqqoslash belgilarining ma’nosi yo‘q. Turli o‘lchamli matritsalarning tengligi to‘g’risida ham so‘z yuritilmaydi. o‘lchamli A va B matritsalarning yig’indisi deb elementlardan tuzilgan o‘lchamli C matritsaga aytiladi. Masalan,
34 33 32 31 24 23 22 21 14 13 12 11
a a a a a a a a a a a A ( ), ( 1, 2 , 3; 1, 2 , 3, 4 ) ij A a i j nn a a a 0 0 0 0 0 0 0 22 11 T A 5 4 0 2 0 2 1 3 0 1 2 1
5 2 1 1 4 0 3 2 0 2 0 1
A m n
ij b a
A , , , m n
ij ij b a c m n
o‘lchamli ixtiyoriy matritsalar uchun
;
tengliklar o‘rinli. Har bir elementi 0 ga teng bo‘lgan matritsa nolmatritsa deyiladi. tenglikni qanoatlantiruvchi matritsa A matritsaga qarama-qarshi matritsadeyiladi. tenlikni qanoatlantiruvchi C matritsa A va B matritsalarning ayirmasideyiladi va kabi belgilanadi. Misol.
soniga ko‘paytmasi deb elementlardan tuzilgan matritsaga aytiladi. Bunda quyidagi tengliklar o‘rinli bo‘ladi.
;
;
. o‘lchamli A va o‘lchamli B matritsalarning ko‘paytmasi deb
elementlardan tuzilgan o‘lchamli C matritsaga aytiladi va C AB deb belgilanadi. Misol.
8 8 2 4 6 5 8 3 1 2 2 4 0 5 3 2 4 1
n
B A , , A B B A C B A C B A ) ( ) ( 0 ) ( ) ( A A A A ) ( A
C A B A 4 2 4 0 2 1 4 3 1 2 2 2 0 5 3 2 4 3 ij ij a c A C A A A ) ( ) ( ) (
A
A B A ) ( m r
n
ir j r r i j i j i ij b a b a b a b a c , 1 1 , 2 2 1 1 ...
m n 3 0 1 3 2 3 2 1 1 1 ) 3 ( 1 3 1 2 0 1 1 ) 3 ( 0 3 1 2 1 1 0 ) 3 ( 1 3 0 2 3 1 3 1 1 0 1 1 0 Demak, ikkita matritsani ko‘paytirish mumkin bo‘lishi uchun birinchisining ustunlari soni ikkinchisining satrlari soniga teng bo‘lishi kerak ekan. Masala.1-jadvalda ikki sut zavodlaridan uchta D 1 , D 2 va D 3 do‘konlarga mahsulotni kunlik hajmini jo‘natish rejasi keltirilgan. Har bir sut zavodlaridan do‘konlarga eltishning transport xarajatlari mos ravishda 50, 70 va 130 pul birligiga teng. Har bir zavodning kunlik transport xarajatini hisoblang. 1-jadval
Sut zavodlari Do‘konlar
1
2
3
20 35
10 2 15 27 8
Amatritsaorqalikunlikmahsulotnieltishrejasiningko‘laminiifodalovchimatritsa ni, Bmatritsaorqalibirlikmahsulotnieltishningtransportxarajatlariniifodalaymiz, , В = (50, 70, 130). U holda transport xarajatlari quyidagicha topiladi: АВ T =
. Demak, kunlik transport xarajatlari uchun birinchi zavod 4750 p.b., ikkinchi zavod esa, 3680 p.b. sarf qiladi. Masala. A va B mahsulotlar plastik, po‘lat va shishadan tayyorlanadi. Har bir mahsulotga qancha xom ashyo sarflanishi 2-jadvalda ko‘rsatilgan. 2-jadval
plastik
po‘lat shisha
A mahsulot 3 1 0.5 B mahsulot 4 0.5
2
Firmaga xom ashyo ikkita zavoddan keltirilgani uchun transport xarajatlari har bir xom ashyo uchun turlicha bo‘lib, u 3—jadvalda ko‘rsatilgan. 3-jadval 2 0 3 5 1 0 1 5 2 7
8 A 8
27
15 10
35 20 3680 4750
130 8
70 27 50 15 130
10 70 35 50 20 130 70 50
X , X zavod
Y zavod Plastik
10 9 Po‘lat 22 26
Shisha 14
14
Berilgan ma‘lumotlardan foydalanib har bir mahsulotni har bir zavodda ishlab chiqarish uchunsarflangan xarajatni toping. Harbirmahsulotgazarurbo‘lganxomashyomiqdoriniifodalovchi
ishlab chiqarish matritsasini va birlik xarajatlarni ifodalovchi Birlik xarajatlar matritsasini qaraymiz. A mahsulotning X zavoddagi umumiy xarajatlarini toppish uchun A mahsulot uchun zarur bo‘lgan xom ashyo birliklarini xom ashyolarning X zavoddagi mos xarajat birliklariga ko‘paytirib o‘zaro qo‘shish kerak. Matritsalar ko‘paytmasi ning
elementi bu xarajatni beradi.
Ko‘paytmaning elementi A mahsulotning zavoddagi xarajatlarini beradi. Ikkinchi satrning elementlari B mahsulotning va
zavodlardagi xarajatlarini beradi. Matritsalarni ko‘paytirishda har doim ham AB BA tenglik bajarilavermaydi. Quyidagi xossalar o‘rinli.
; . 2 5 , 0 4 5 , 0 1 3 P 14 14 26 22 9 10 C PC 11
77 79 60 59 14 14 26 22 9 10 2 5 . 0 4 5 . 0 1 3
12
) ( ) ( BC A C AB
AC C B A ) ( CB CA B A C ) ( Matritsaning darajalari A 0 =E, ,
, …, tengliklar bilan aniqlanadi. Bu yerda A kvadratik matritsa. Diagonal elementlari 1 ga, qolgan elementlari 0 ga teng bo‘lgan
matritsabirlikmatritsadeyiladi. IxtiyoriyAmatritsauchun tengliko‘rinli. 1.2. Matritsa determinanti. Ikkinchi tartibli
matritsaning determinanti deb songa aytiladi. Bu determinant
yoki simvol, yoki biror harfi bilan belgilanadi. Misol. . Uchinchi tartibli
(1) matritsaning determinanti deb
(2) songa aytiladi. (2) ifoda juda sodda tarkibga ega. (1) matritsa elementlaridan o‘ngda uning 1- va 2- ustunlarini yozamiz.
1 AA A 2 A A A n n 1 1 ... 0 0 ... ... ...
... 0 ... 1 0 0 ... 0 1 E A EA AE 22 21 12 11
a a a A 12 21 22 11
a a a 22 21 12 11 a a a a | | A 10 4 1 ) 3 ( 2 3 1 4 2 33 32 31 23 22 21 13 12 11 a a a a a a a a a A 33 21 12 32 23 11 31 22 13 32 21 13 31 23 12 33 22 11 a a a a a a a a a a a a a a a a a a
(2)
ifodadato‘g’richiziqlarbilano‘chirilganelementlarningko‘paytmalariishtiroketgan. Pastgayo‘nalganto‘g’richiziqlardagielementlarko‘paytmasimusbatishorabilan, qolganlarimanfiyishorabilanolingan. Misol.
tartibli
(3) kvadrat matritsani qaraymiz. Agar matritsaning i satrini va ustunini o‘chirsak, n-1 tartibli
matritsa hosil bo‘ladi. Bu matritsaning determinanti (1.3) matritsa elementning minori deyiladi va bilan belgilanadi. son
elementning algebraik to‘ldiruvchisi deyiladi va bilan belgilanadi. 32 31 33 32 31 22 21 23 22 21 12 11 13 12 11 a a a a a a a a a a a a a a a
1 0 2 1 0 2 1 0 d e t 3 2 2 3 2 2 3 2 2 4 5 2 4 5 2 4 1 2 5
0 2 2 2 3 4
2 2 2 4 2 1 5 3 0 1 0 0 2 4 8 8 0 3 4 . A
nn n n n n a a a a a a a a a A ...
... ...
... ...
... ...
2 1 2 22 21 1 12 11 j nn j n j n n n i j i j i i n i j i j i i n j j a a a a a a a a a a a a a a a a ...
... ...
... ...
... ...
... ...
... ...
... ...
... ...
... ....
... ...
... 1 , 1 , 1 , 1 1 , 1 1 , 1 1 , 1 , 1 1 , 1 1 , 1 1 , 1 1 1 , 1 1 , 1 11 ij a ij M ij j i M ) 1 ( ij a ij A n-tartibli (3) matritsaning determinanti uning ixtiyoriy ustuni (satri) elementlarini ularga mos algebraik to‘ldiruvchilarga ko‘paytmalarining yig’indisiga teng, yani , ,
. Misol. D = , determinantni ikkinchi ustun bo‘yicha yoyib hisoblang. . Determinantni ikkinchi ustun bo‘yicha yoyamiz: D =
= . Misol.Bosh dioganaldan yuqorida joylashgan elementlari nolga teng bo‘lgan determinantni hisoblang A = , Determinantni birinchisatrbo‘yichayoyamiz: . Hosil bo‘lgan determinantni yana birinchi satr bo‘yicha yoyamiz:
... 2 2 1 1
j ,...,
2 , 1 in in i i i i A a A a A a ... 2 2 1 1
i ,...,
2 , 1 2
1
4 1 - 5
3 3
2 -
1 1 2
1 2 2 2
2 2 3 2
3 2 a A a A a A
20 1 -
3 3
1 1 1 2
4 3
1 1 5 2
4 1 - 3 1 2 2 3 2 2 2 1 1 1 2 1
2 2 3 1
3 2 3 3
1 2 3 0 0 ... 0 0 ... 0
... 0 - - - - - - - - - - - - - - - - - ...
2 2
3 2 3 3
1 1 1 1
1 1 2 3 0 ... 0
... 0 - - - - - - - - - - - ...
. va h.k. davom ettirsak . Determinantlar uchun quyidagi xossalar o‘rinli: Ikki ustuni (satri)ning o‘rni almashtirilsa, determinantning ishorasi almashadi; Biror ustuni (satri)ning elementlari nolga teng bo‘lsa, determinant nolga teng; Agar biror ustuni (satri)ning elementlari biror songa ko‘paytirilsa, determinant shu songa ko‘payadi, ya’ni biror ustun (satr) elementlarining umumiy ko‘paytuvchisini determinant belgisidan tashqariga chiqarish mumkin; Ikki ustuni (satri) elementlari mos ravishda proportsional bo‘lsa determinant nolga teng; Biror ustuni (satri)ning elementlari bir songa ko‘paytirilib boshqa ustuni (satri)ning mos elementlariga qo‘shilsa, determinantning qiymati o‘zgarmaydi. Misol. Determinantni hisoblang. . . Determinantning ikkinchi satridan boshlab, barcha satrlarni birinchi satrga elementlarini mos ravishda qo‘shamiz. Natijada quyidagi matritsaga kelamiz: .
3 3 4 3
4 4 1 1
2 2 3 4 0 ... 0 ... 0
- - - - - - - - - - - ...
n n n n a a a A a a a a a 1 1 2 2
n n A a a a L 1 2 3 ... -1 0 3 ... -1 - 2
0 ... - - - - - - - - - - - - - - -1 - 2
- 3 ... 0 n n n
1 2 3 0 2 6 2 0 0 3 2 0 0 0 ... n ... n ... n ... n L
Bu matritsaning qiymati berilgan matritsa qiymatiga teng bo‘ladi. Bu uchburchakli matritsa bo‘lgani uchun uning qiymati tengdir.
Ixtiyoriy A matritsaning k ta yul va k ta ustunlarini ajratamiz. Ajratilgan ustun va satrlar kesishgan joyidagi elementlardan k tartibli matritsa tuzamiz. k tartibli matritsaning determinantiga matritsaning k tartibli minori deyiladi. Noldan farqli minorlarning eng katta tartibiga matritsaning rangi deyiladi va kabi belgilanadi. Agar matritsaning rangi bo‘lsa unda noldan farqli tartibli minor mavjud bo‘lib, tartibi dan katta bo‘lgan barcha minorlar nolga teng bo‘ladi. Ravshanki quyidagi munosabat o‘rinlidir 0 r(A) min (m, n). Matritsa rangi kengaytirish yoki elementar almashtirishlar yordamida aniqlanadi. Matritsa rangini kengaytirish usulida yechishda kichik tartibli minordan boshlab yuqori tartibli minorlarni hisoblashga o‘tiladi. Agar noldan farqli k tartibli minor hisoblangan bo‘lsa k+1 tartibli minor k tartibli minorni kengaytirish hisobiga amalga oshiriladi. Matritsani elementar almashtirishlarga quyidagilar kiradi: 1) ixtiyoriy ikki satrlarni (ustunlarni) almashtirish, 2) satr (ustun) elementlarini noldan farqli songa ko‘paytirish, 3) biror satrga (ustunga) boshqa satr (ustun) elementlarini biror songa ko‘paytirib qo‘shish. Agar biror A matritsani chekli sondagi elementar almashtirishlar yordamida B matritsaga keltirilsa bular ekvivalent matritsalar deyiladi. Ekvivalent matritsa ranglari teng bo‘ladi. Matritsalar ekvivalent bo‘lsa A~B ko‘rinishda belgilanadi. Matritsaning boshlang’ich bosh dioganallari 1 bo‘lib (bosh dioganaldagi 1 lar soni nol bo‘lishi ham mumkin) qolgan elementlar nolga teng bo‘sa bunday matritsa kanonik ko‘rinishdagi matritsa deyiladi. Misol. Quyidagi matritsa kanonik matritsadir. !
) ( A r r r r . Elementar almashtirishlar yordamida har qanday matritsani kanonik ko‘rinishga keltirish mumkin. Misol. Kengaytirish usuli bilan matritsa rangini toping. . Birinchi tartibli minorlar matritsa elementlaridan iborat. Masalan, birinchi tartibli minor (element) sifatida elementni olaylik,М 1 = 1. Ikkinchi satr va uchinchi ustun yordamida kengaytirib M 2 = , noldan farqli minor hosil qilamiz. М 2 minorni kengaytirib uchinchi tartibli minor hosil qilamiz. Bunday minorlar ikkita (ikkinchi yoki to‘ttinchi ustunlar yordamida). Bu minorlarni hisoblaymiz: 0.
Shunday qilib kengaytirilgan uchinchi tartibli minorlarning qiymatlari nolga teng bo‘lgani uchun matritsa rangi 2 ga teng. Misol. Quyidagi matritsa rangini toping va kanonik ko‘rinishga keltiring:
.
Ikkinchi satrdan birinchisini ayirib, o‘rinlarini almashtiramiz: . 0
0
0
0
0 0
0
0
1
0 0
0
0
0
1 6 6
2 -
1 - 0 3
4
2 2 - 1 - 2
1 11
1 - 1 2 3 6
6
1 - 0 3
2 2 - 1 - 1
, 0 6 2 - 1 - 3
4
2 1 - 2
1 2 3 5 3 2 3 4 3 - 1
- 3 5 6 - 1 3 - 5 1 1 2 2 1 2 3 5 - 3 - 2
5 6 - 1 3 - 5
- Birinchi satrni 2 ga ko‘paytirib ikkinchi satrdan ayiramiz; birinchi satrni 5 ga ko‘paytirib uchinchidan ayiramiz: ; uchinchi satrdan ikkinchini ayirib, В = ,
matritsaning rangi ham 2 ga teng: r(A)=2. B matritsani kanonik ko‘rinishga keltiramiz. Birchi ustunni kerakli songa ko‘paytirib, qolgan ustunlardan ayirish hisobiga birinchi satrning birinchi elementidan boshqa barcha elementlarini nolga keltiramiz. Ikkinchi ustundan qolgan ustunlarni kerakli songa ko‘paytirib, kanonik matritsa hosil qilamiz: .
1.4. Teskari matritsa. Kvadratik matritsani olaylik. . Matritsa determinatini =det A bilan belgilaylik. Agar bo‘lsa A ga xosmas, agar bo‘lsa A ga xos matritsa deyiladi. Agar A va B matritsalar uchun АВ = ВА =E bo‘lsa B ga A ga teskari matritsa deyiladi. 1 1 2 2 1 0 1 9 - 7 0 0 1 9 - 7 0 - 1 1 2 2 1 0 1 9 - 7 0 0 0 0 0 0 - 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 2 1 2 1 2 2 2 1 2 ...
... ...
... ...
... ...
n n n n n n a a a a a a A a a a
0 0 Teorema.A matritsaning teskari matritsasi mavjud bo‘lishi uchun uning determinanti noldan farqli bo‘lishi zarur va yetarli. A ga teskari matritsa А 1 ko‘rinishda belgilanadi. Teskari matritsa quyidagi formula yordamida hisoblanadi. А 1 = , Bu yerda А i j a i j elementning algebraik to‘ldiruvchisi. Misol. Berilgan matritsaga teskari matritsani toping
.
Matritsa determinantini hisoblaymiz. det А = = 27
bo‘lgani uchun teskari matritsa mavjud va uni , formula yordamida topamiz. Algebraik to‘ldiruvchilarni aniqlaymiz:
n n n n n n ... A A A ... ... ... ... ... A A A ... A A A 2 1 2 22 12 1 21 11 1 2 2
1 2 - 1
2 1
2 -
2 2
2
1 2 - 1
2 1
2 -
2 1 1
2 1 3 1
1 1 2
2 2 3 2
1 3 2 3
3 3 1
A A A A A A A Δ A A A , 6 4 2 2 2 2 -
1 ) 1 ( 1 + 1 11 A , 6 ) 2 4 ( 2
1 2 - 2 ) 1 ( 2 + 1 12 A , 3 1 4 2 1 1 2 ) 1 ( 3 + 1 13
, 6
2 4 ( 2
2
1 2 ) 1 ( 1 + 2 21
, 3
4 2
1 1
2 ) 1 ( 2 + 2 22 A , 6 ) 2 4 ( 2
1 2 - 2 ) 1 ( 3 + 2 23 A
Demak, .
Teskari matritsani hisoblashni Gauss usulida ham amalga oshirish mumkin. Bu usul quyidagi qadamlardan iborat bo‘ladi: 1) berilgan A matrtsaning o‘ng tomoniga uning tartibiga teng bo‘lgan birlik E matritsani yoziladi; 2) Gauss usulidan foydalanib kengaytirilgan matrtsada A matritsa birlik matritsaga keltiriladi; 3) hisoblash jarayonida E matritsa o‘rnida teskari matritsa hosil bo‘ladi. Sxematik ko‘rinishda teskari matritsani topish jarayoni
ko‘rinishda bo‘ladi. Misol. Elementar almashtirishlar yordamidaА= matritsaga teskari matritsani toping. Berilgan matritsaning o‘ng tomoniga birlik matritsani joylashtiramiz: . Bu matritsaning chap qismini ustun bo‘yicha elementar almashtirishlar yordamida birlik matritsaga keltiramiz. Matritsaning chap qismida qanday almashtirishlar bajarsak o‘ng qismida ham shunday almashtirishlar bajaramiz. Birinchi va
ikkinchi ustunlar o‘rinlarini almashtiramiz: , 3
4 2 - 1
1
2 ) 1 ( 1 + 3 31
, 6
2 4 ( 2 -
2 1
2 ) 1 ( 2 + 3 32 A , 6 4 2 1 2 2 -
2 ) 1 ( 3 + 3 33 A 2
2 -
1 2
1
2 - 1 2
2 9 1 6
6 -
3 6
3
6 - 3 6
6 27 1 1 A ( | ) A E 1
1
| ) ( | )
E A 2
3
7 4
2
5 1 - 1
2 1 0 0 0 1 0 0 0 1
2 3 7 4 2 5 1 - 1 2
. Uchinchi ustunga birinchi ustunni qo‘shamiz, ikkinchi ustunga birinchi ustunni -2 ga ko‘paytirib qo‘shamiz: . Birinchi ustundan ikkinchi ustunni 2 ga ko‘paytirib ayiramiz, uchinchidan ikkinchi ustunni
6 ga
ko‘paytirib ayiramiz: . Birinchi va ikkinchi ustunlarga uchinchi ustunni qo‘shamiz: . Oxirgi
ustunni -1
ga ko‘paytiramiz: . Vertikal chiziqdan o‘ng tomonda joylashgan kvadratik matritsa berilgan matritsaga teskari matritsa bo‘ladi. Shunday
qilib, .
1 0 0 0 1 0 0 0 1
2 3 7 4 2 5 1 - 1 2 1 0 0 0 0 1 0 1 0
2 7 3 4 5 2 1 - 2 1 1 0 0 1 2 - 1 0 1 0
5 1 3 6 1 2 0 0 1 1 0 0 13 2 - 5 6 - 1 2 -
1 - 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 6 13 1 0 0 1 0 0 - 1
- 8 - 5 - 18 11 1
1 - 1 1 13 - 11 18 6 5 - 8 -
1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 -
1
1
13 -
11
18 6
5 -
8 1
Download 444.19 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
ma'muriyatiga murojaat qiling