1.1.1. Định nghĩa ma trận:Một bảng số chữ nhật có m
hàng và n cột gọi là ma trận cấp m x n
•aij là phần tử của ma trận A ở hàng i cột j.
•A = [aij]m x n= (aij)m x n
30 trang |
Chia sẻ: lylyngoc | Lượt xem: 1982 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Chương 1. Ma trận - Định thức, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
1C1. MA TRẬN - ĐỊNH THỨC
1 Ma trận
2 Định thức
3 Ma trận nghịch đảo
4 Hạng của ma trận
21. MA TRẬN
1.1. CÁC ĐỊNH NGHĨA
1.1.1. Định nghĩa ma trận: Một bảng số chữ nhật có m
hàng và n cột gọi là ma trận cấp m x n
mn2m1m
n22221
n11211
a...aa
............
a...aa
a...aa
A
• aij là phần tử của ma trận A ở hàng i cột j.
• A = [aij]m x n = (aij)m x n
31. MA TRẬN
1.1.2. Ma trận vuông:
Ma trận vuông: Khi m = n
nn2n1n
n22221
n11211
a...aa
............
a...aa
a...aa
A
• a11,a22,…ann được gọi là các phần tử chéo.
• Đường thẳng xuyên qua các phần tử chéo gọi là
đường chéo chính.
41. MA TRẬN
Ma trận tam giác trên: aij = 0 nếu i > j
nn
n222
n11211
a...00
............
a...a0
a...aa
A
Ma trận tam giác dưới: aij = 0 nếu i < j
nn2n1n
2221
11
a...aa
............
0...aa
0...0a
A
51. MA TRẬN
Ma trận chéo: aij = 0 nếu i ≠ j
nn
22
11
a...00
............
0...a0
0...0a
A
Ma trận đơn vị: I = [aij]n x n với aij=1,i=j; aij = 0, i≠j
1...00
............
0...10
0...01
I
61. MA TRẬN
1.1.3. Vectơ hàng(cột): Ma trận chỉ có một hàng(cột)
1.1.4. Ma trận không:
0...00
............
0...00
0...00
mxn
1.1.4. Ma trận bằng nhau: A=B
1) A=[aij]m x n; B=[bij]m x n
2) aij = bij với mọi i,j
Ví dụ, tìm X sao cho:
92
31
X
71. MA TRẬN
1.1.5. Ma trận chuyển vị: A=[aij]m x n => A
T=[aji]n x m
419
224
693
741
AVí dụ: tìm AT:
1.1.6. Ma trận đối xứng: A=AT
4647
6315
4123
7531
AVí dụ:
81. MA TRẬN
1.2. CÁC PHÉP TOÁN TRÊN MA TRẬN:
1.2.1. Phép cộng hai ma trận
1. Định nghĩa: A=[aij]mxn; B=[bij]mxn => A+B =[aij+bij]mxn
531
394
032
412
X
2. Tính chất:
• A + B = B + A
• (A + B) + C = A + (B + C)
• + A = A
• Nếu gọi -A = [-aij]m x n thì ta có -A + A =
Ví dụ, tìm X:
91. MA TRẬN
1.2.2. Phép nhân một số với ma trận:
1. Định nghĩa: cho A=[aij]m x n, kR => kA=[kaij]m x n
853
142
A
2. Tính chất: cho k, h R:
• k(A + B) = kA + kB
• (k + h)A = kA + hA
Tính 3A?
10
1. MA TRẬN
1.2.3. Phép nhân hai ma trận:
1. Định nghĩa :A=[aik]m x p; B=[bkj]p x n=>C=AB=[cij]m x n:
p
1k
kjikpjip2ji21ji1ij baba...babac
Thuật toán: Hàng i ma trận A x Cột j ma trận B
11
1. MA TRẬN
2. Một số tính chất:
• (A.B).C = A.(B.C)
• A(B+C) = AB + AC
• (B+C)A = BA + CA
• k(BC) = (kB)C = B(kC)
• Phép nhân nói chung không có tính giao hoán
• A=[aij]n x n => I.A = A.I = A
1203
0112
1321
123
112
Ví dụ: Tính:
12
1. MA TRẬN
1.3. VÍ DỤ
Ví dụ 1: Tìm lượng hàng bán trong hai tháng.
Tháng 1 A B C D
CH1 10 2 40 15
CH2 4 1 35 20
Tháng 2 A B C D
CH1 12 4 20 10
CH2 10 3 15 15
13
1. MA TRẬN
Ví dụ 2: Hãy tính nhu cầu vật tư cho từng phân xưởng
theo kế hoạch sản xuất cho bởi 2 bảng số liệu sau:
Phân
xưởng
Sản phẩm
A B C
PX1 10 0 5
PX2 0 8 4
PX3 0 2 10
Sản
phẩm
Vật liệu
VL1 VL2 VL3 VL4 VL5
A 1 2 0 2 0
B 0 1 1 2 0
C 0 0 2 1 3
14
2. ĐỊNH THỨC
2.1. CÁC ĐỊNH NGHĨA:
A là ma trận vuông cấp 2:
A là ma trận vuông cấp 1:
A= [a11] thì det(A) = |A| = a11
2221
1211
aa
aa
A
thì det(A) = a11a22 – a12a21
15
2. ĐỊNH THỨC
nn2n1n
n22221
n11211
a...aa
............
a...aa
a...aa
A
• Aij là ma trận con cấp n-1 nhận được từ A bằng cách
xoá hàng i cột j. Aij: ma trận con bù của aij
• cij = (-1)
i+jdet(Aij) là phần bù đại số của aij
• C = (cij): Ma trận phần bù đại số của A
• A là ma trận vuông cấp n:
16
2. ĐỊNH THỨC
Ví dụ: Sử dụng định nghĩa hãy tính định thức:
513
321
342
A
• Định thức cấp n của A là:
det(A) = a11c11 + a12c12 + …+ a1nc1n
n
1j
j1j1
j1
n
1j
j1j1 )Adet(a)1(ca)Adet(
17
2. ĐỊNH THỨC
2.2. TÍNH CHẤT CỦA ĐỊNH THỨC:
• Tính chất 1:AT=A
Hệ quả: Một phát biểu của định thức đúng theo hàng
thì đúng theo cột.
• Tính chất 2: Đổi chỗ hai hàng (cột) định thức đổi dấu.
Hệ quả: Định thức triển khai theo bất kỳ hàng nào.
1200
15915
4100
2101
Ví dụ: tính:
18
2. ĐỊNH THỨC
• Tính chất 3: Một định thức có hai hàng (cột) bằng
nhau thì bằng không.
• Tính chất 4: Một định thức có một hàng (cột) toàn là
số không thì bằng không.
• Tính chất 5: Nhân các phần tử của một hàng (cột) với
cùng một số k (k0) thì được một định thức mới bằng
định thức cũ nhân với k.
Hệ quả: Ta có thể đưa thừa số chung của một hàng
(cột) ra ngoài định thức.
19
2. ĐỊNH THỨC
• Tính chất 10: Định thức ma trận tam giác bằng tích
các phần tử chéo.
nn
n222
n11211
a...00
............
a...a0
a...aa
A
nn2211 a...aaA
nn2m1n
2221
11
a...aa
............
0...aa
0...0a
A
• Tính chất 9: Cộng k lần hàng r vào hàng s thì định
thức không đổi.
516
754
312
Tính
20
2. ĐỊNH THỨC
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH ĐỊNH THỨC:
• Phương pháp 1: Dùng định nghĩa.
• Phương pháp 2: Sử dụng các biến đổi sơ cấp biến đổi
ma trận về dạng tam giác.
Phép biến đổi Tác dụng TC
Đổi chỗ hai hàng Định thức đổi dấu 2
Nhân một hàng với số thực k0 Định thức nhân k 5
Cộng k lần hàng r vào hàng s Định thức không đổi 9
• Phương pháp 3: Kết hợp hai phương pháp trên và một
số tính chất của định thức
21
2. ĐỊNH THỨC
1203
3332
1311
21014
Ví dụ: Tính định thức:
22
2. ĐỊNH THỨC
Ví dụ: Tính định thức:
332112322311312213
322113312312332211
aaaaaaaaa
aaaaaaaaa
A
23
3 MA TRẬN NGHỊCH ĐẢO
3.1. Ma trận không suy biến: nếu det(A) ≠ 0.
3.2. Ma trận nghịch đảo: Cho A cấp n, nếu tồn tại B
thoả: AB = BA = I thì:
• B gọi là ma trận nghịch đảo của A. Ký hiệu: B = A-1
• A gọi là ma trận khả nghịch.
3.3. Sự duy nhất của ma trận nghịch đảo:
Định lý: Nếu A khả nghịch thì A-1 là duy nhất.
24
3 MA TRẬN NGHỊCH ĐẢO
3.4. Sự tồn tại và biểu thức ma trận nghịch đảo:
Định lý: A khả nghịch det(A)≠0 và
nnn2n1
2n2212
1n2111
T1
c...cc
............
c...cc
c...cc
A
1
C
A
1
A
• CT: ma trận chuyển vị của ma trận phần bù đại số
121
212
113
AVí dụ, tìm ma trận nghịch đảo:
25
3 MA TRẬN NGHỊCH ĐẢO
3.6. Phương pháp Gauss - Jordan:
Sử dụng phép biến đổi sơ cấp chuyển: [A│I] = [I│A-1]
Phép biến đổi
1. Đổi chỗ hai hàng
2. Nhân một hàng với một số thực k0
3. Cộng k lần hàng r vào hàng s
Ví dụ: tìm ma trận nghịch đảo:
5321
4331
6543
4321
A
26
4 HẠNG CỦA MA TRẬN
4.1. Ma trận con:
• Ma trận vuông cấp p suy ra từ Amxn bằng cách bỏ đi
m-p hàng và n-p cột gọi là ma trận con cấp p của A.
• Định thức của ma trận con đó gọi là định thức con
cấp p của A.
• p min(m,n)
Ví dụ: Tìm các ma trận con A
2121
4112
2431
B
24
31
A
27
4 HẠNG CỦA MA TRẬN
4.2. Hạng của ma trận:
• Định nghĩa: Hạng của ma trận Amxn là cấp cao nhất
của định thức con khác không của A.
Nếu r là hạng của ma trận thì:
• Trong A tồn tại một định con cấp r khác 0.
• r = min(m,n) hoặc mọi định thức con của A cấp lớn
hơn r đều bằng 0.
• Ký hiệu: r(A) = r
Ví dụ: Tìm hạng A
2121
4112
2431
A
28
4 HẠNG CỦA MA TRẬN
4.3. Ma trận bậc thang:
4.3.1. Định nghĩa:
• Một dòng của ma trận được gọi là dòng 0 nếu nó chỉ
gồm những phần tử 0.
• Ngược lại, nếu một dòng của ma trận có ít nhất một
phần tử khác 0 thì được gọi là dòng khác 0.
• Phần tử khác 0 đầu tiên của một dòng được gọi là
phần tử chính của dòng đó.
29
4 HẠNG CỦA MA TRẬN
Ma trận A được gọi là ma trận bậc thang khi thoả các
điều kiện sau:
• A không có dòng 0 hoặc dòng 0 luôn ở dưới các
dòng khác 0.
• Nếu A có ít nhất 2 dòng khác 0 thì đối với 2 dòng
khác 0 tuỳ ý của A, phần tử chính của dòng dưới luôn
nằm bên phải cột chứa phần tử chính của dòng trên.
0000
1000
0210
4321
A
100
042
B
000
012
432
C
310
000
021
D
30
4 HẠNG CỦA MA TRẬN
4.3.2. Định lý về hạng của ma trận:
Sau hữu hạn các phép biến đổi sơ cấp trên hàng
của ma trận thì hạng không thay đổi.
Hệ quả: Hạng của ma trận A là số dòng khác 0 của
ma trận bậc thang thu được sau một số hữu hạn các
phép biến đổi sơ cấp.
40132
22242
51263
11131
AVí dụ: Tìm hạng của ma trận: