Công thức khai triển theo cột thứ j và công thức khai triển theo hàng thứ i (trong đó việc chọn hàng thứ i và cột thứ j là tùy ý) cho phép tính định thức cấp n theo tổng các số hạng dạng[r]
Trang 1CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Lýthuyếtma trậnthực sự ra đời từ đầu thế kỷ 19, mặc dù
nhiều loại bảng số có tính chất đặc biệt đã được biết đến từ
hàngtrăm năm nay
Các matrận vuông xuất hiện đầu tiên ở đầu thế kỷ 19 trong các
công trìnhvề dạng toàn phương và về các phép thế tuyến tính
Phép nhân hai matrận vuông cấp 3 được Gauss (Gau-xơ) đưa
ra vàonăm 1801
Tên gọi ma trận (Matrix) được nhà toán học Anh Sylvester
(Synvét)đưa ra năm 1850
Cayley (Kê-li) làngười đầu tiên mô tả một cách tổng quát các
phép tínhvới các ma trận bất kỳ và ma trận nghịch đảo (1858)
Peano làngười đầu tiên đưa ra cách biểu diễn một ánh xạ tuyến
tính qua các matrận Còn Gauss là người đầu tiên sử dụng ma
trận để nghiên cứu các dạng toàn phương
3.1 MA TRẬN
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC 3.1.1 KHÁI NIỆM MA TRẬN
Một bảng số có mhàng ncột
n n
A
được gọi là mộtma trận cỡmn
MatrậnAđược gọi là ma trận nguyên (thực, phức) nếu các phần tửaij là cácsố nguyên (số thực, số phức)
Nếu không chỉ rõ cụ thể thì ta xemAlà matrận thực
aijlàphần tử ở hàng thứivàcộtj
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
MatrậnAcỡmncóthể được viết tắt dạng
ij m n
A a
Khi mnta nói Alà ma trận vuông cấpn
Tập hợp tất cả các ma trận cỡ m nđược ký hiệu Mmn
Tập hợp tất cả các ma trận vuông cấp nđược ký hiệu Mn
Ví dụ 3.1
5 2 3
1 0
là một ma trận cỡ 2 3
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
' '
' '
ij ij
Hai ma trận bằng nhaukhi cùngcỡ và có các phần tử tương ứng đều bằng nhau
Ví dụ 3.2
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
3.1.2 CÁC PHÉP TOÁN MA TRẬN
3.1.2.1 Phép cộng ma trận
Ví dụ 3.3
3.1.2.2 Phép nhân một số với ma trận
k a ka
Ví dụ 3.4
5 4 2
0 2 4 10 8 3
0 1 2
2
1
6 5 6
5 5 2 7 1 3
5 8 0 1 4
9
0 3
2
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Ví dụ 3.5 Tìm x, y, zvà wthỏa mãn
3
Thực hiện phép cộng ma trận và nhân một số với ma trận ta được
Trang 2CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Tính chất 3.1
Các tính chất sau đây đúng đối với các ma trận cùng cỡmn
1)A(BC)(AB)C
2) Matrận có các phần tử đều bằng0gọi là ma trận không và ký
hiệu0thỏa mãn
A A
A 0 0
0
( A)
A A a ij mn
3) , trong đó
4) A B B A
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Tacũng kiểm chứng được các tính chất sau đúng với mọi số thực
k,hvới mọi ma trận cỡmn
5) k(AB)kAkB
6) (kh)AkAhA
7) k(hA)(kh)A
8) 1AA
Với 8 tính chất này tậpMmnlà một không gian véc tơ
KýhiệuEijlà matrận cỡm ncó cácphần tử đều bằng0ngoại trừ phần tử ở hàngicộtjbằng 1
Hệ các ma trận E iij 1, m ; j 1, n là một cơ sở củaMmn
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Ví dụ 3.6
Ma trận cỡ 23 bất kỳ có thể biểu diễn duy nhất thành tổ hợp tuyến
tínhcác ma trận Eij
11 11 12 12 13 13 21 21 22 22 23 23
a E a E a E a E a E a E
21 22 23
0 0 0 0 0 0 0 0 0
a a a
23
0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0
21 22 23
0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 1 0 0 0 1
11 12 13
21 22 23
1 0 0 0 1 0 0 0 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0
a a a
a a a
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Tích hai ma trận
ij m p
p n
B b
là ma trận cỡ mnđược ký hiệu và định nghĩa bởi AB cij m n
Tồn tại ma trận tíchABkhisố cột của ma trậnAbằng số hàng của ma trậnB
1
1, ; 1,
p
k
Phần tử ở hàng thứicột thứjcủa ma trận tíchABbằng tổng của tích các phần tử hàng thứicủa ma trậnAvới các phần tử tương ứng cột thứjcủa ma trậnB
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Vậy phần tử ở hàng thứicột thứjcủaABbằng tổng của tích
cácphần tử hàng thứicủaAvới các phần tử tương ứng cột
thứjcủaB
j
i
pj
j j
ip i
i ij
b
b b
a a
a
c
2 1
2 1
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Ví dụ 3.7
1 3
1 0
2 4
17 7
15 9
4 2
0 1
3 1
5 2 1
3 2 1
2
3
2 3 12 8 4 6
Trang 3CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Tathấy rằng tích của hai ma trậnAvàBđịnh nghĩa được khi số
cột củaAbằng số hàng củaB
Vìvậy có thể định nghĩaABnhưng không định nghĩa đượcBA
nếu số cột củaBkhôngbằng số hàng củaA
KhiA,Blà hai matrận vuông cùng cấp thì ta có đồng thờiABvà
BA.Mặc dầu vậy chưa chắc có đẳng thứcABBA
Nói cách khác tích ma trận không có tính giao hoán
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Chẳng hạn, xét
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Tính chất 3.2
Giả sửA,B,Clà các matrận với số cột số hàng thích hợp để
các phép toán sau xácđịnh được, khi đó ta có các đẳng thức:
1)A(BC)(AB)C tính kết hợp
2)A(BC)ABAC tính phân phối bên trái phép nhân ma
trận với phép cộng
3)(BC )ABACA tính phân phối bên phải phép nhân
ma trận với phép cộng
4)Với mọi k, k(AB)(kA)BA(kB)
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
5)Với mọi số tự nhiên dươngnta xét matrậnInvuôngcấpn
có cácphần tử trên đường chéo bằng 1 và các phần tử ở vị trí khácđều bằng0
Khi đó với mọi ma trận Acỡ mnta có
I A A AI
Ma trận Inđược gọi là ma trận đơn vịcấp n
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Xét ma trận Acỡ 23
Chẳng hạn
A
3
1 0 0
0 1 0
0 0 1
2
1 0
0 1
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Khácvới phép nhân các số: tích hai số khác0làmột số khác0
Ta cóthể tìm được hai ma trận khác0có tích là matrận0
Chẳng hạn
,
A B 0 nhưng AB 0
Trang 4CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
3.1.2.4 Đa thức ma trận
Giả sử p(t)a0a1t aktk là một đa thức bậc k
Với mọi ma trậnAvuôngcấpn, tađịnh nghĩa đa thức của ma
trậnAnhư sau:
p A a I a A a A
Ví dụ 3.8
3
p t t t
Cho ma trận và đa thức
3
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
3.1.2.5 Ma trận chuyển vị
Cho matrậnAcỡmn,nếu ta đổi các hàng của ma trậnA
thành cáccột (và do đó các cột thành các hàng) thì ta được ma trận mới cỡnm,gọi là ma trận chuyển vị của ma trận trênA,
kýhiệuAt
t
A c c a i n j m
Ví dụ 3.9
A
t
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Tính chất 3.3
1) ( A B )t At Bt
kA
kA )
(
3) t t t
A
B
AB )
(
NếuAAtthìAđược gọi làma trận đối xứng(Alà matrận
vuông có cácphần tử đối xứng nhau qua đường chéo thứ nhất)
A AtthìAđược gọi làphản đối xứng(Alà matrận vuông có
cácphần tử đối xứng và trái dấu qua đường chéo thứ nhất, các
phần tử trên đường chéo thứ nhất bằng0)
ij
ij t
a
a
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
3.1.3 MA TRẬN CỦA MỘT HỆ VÉC TƠ 3.1.3.1 Định nghĩa ma trận của một hệ véc tơ
Giả sử Vlà không gian nchiều với một cơ sở B{e1, … , en}
{v1,… ,vm}làmột hệ véc tơ củaVcótọa độ trong cơ sởB:
1 , 1, ,
n
i
Khi đó ma trận
ij n m
có cáccột là tọa độ của các véc tơ{v1,… ,vm}trongcơ sởB gọi là ma trận của hệ véc tơ{v1,… ,vm}trongcơ sởB Ngược lại, với ma trận Acỡ nm cho trước thì ta có hệ mvéc tơ
mà toạ độ của nó trong cơ sở Blà các cột của A
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Nói riêng, nếu u x e1 1 x en n
ta ký hiệu
u B ( , , x1 xn) 1
n
x u x
B
Ví dụ 3.10
Xét hệ véc tơ v1 (4,1,3, 2), v2 (1, 2, 3, 2), v3 ( , , , ) x y z t
Có ma trận trong cơ sở chính tắc 4 1
x y z t
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
3.1.3.2 Ma trận chuyển cơ sở
Giả sử B{e1, … , en}, B{e1, … ,en}là haicơ sở của V
Matrận của hệ véc tơBtrongcơ sởB được gọi làma trận chuyển từ cơ sở Bsang cơ sởB
Nghĩa là nếu
1
n
i
'
ij
T t B B
là matrận chuyển từ cơ sởBsangcơ sởB
i n1 ij 'j 1
n n n
x t x u tij B ' u '
Ta có công thức đổi tọa độ1 1 1 1 1 1
Trang 5CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
NếuA,Alần lượt là ma trận của{v1,… ,vn}trongcơ sởBvà
Bthì
' '
ij
A t B A
B
Ví dụ 3.11
là hai cơ sở của không gian véc tơ 2(Xem ví dụ 2.16 Chương 2)
u x y xe ye y x e x y e
u B ( , ); x y u B ' (4 y 3 , x x y )
Hai hệ véc tơ B e1, e2 , B’ e’1,e’2
với e1(1,0), e2(0,1)vàe 1(1,1),e 2(4,3)
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Matrận chuyển từ cơ sởBsangcơ sởBlà 1 4
1 3
1 3
Matrận chuyển từ cơ sởBsangcơ sởBlà 3 4
'
B e1(1,0), e2(0,1) B’ e 1(1,1),e 2(4,3)}
u ' (4 y 3 , x x y ) e1 ' ( 3,1); e2 ' (4, 1)
u B ' (4 y 3 , x x y )
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
3.1.4 HẠNG CỦA MA TRẬN
3.1.4.1 Tìm hạng của ma trận bằng phép biến đổi sơ cấp
Ta gọi hạng của hệ các véc tơ cột củaAlà hạng của ma trậnA
kýhiệur(A)
Hạngr(S)của một hệ véc tơScủa không gianVlàsố véc tơ của
một hệ con độc lập tuyến tính tối đại củaShay làchiều củaspanS
(xemĐịnh lý 2.16)
Vìvậy khi ta thực hiện liên tiếp các phép biến đổi sau, gọi là các
phépbiến đổi sơ cấp, thìspanSkhôngđổi do đó hạng của hệ
không thayđổi:
1) Đổi chỗ cho nhau hai véc tơ của hệ
2) Nhân vào một véc tơ của hệ một số khác 0
3) Cộng vào một véc tơ của hệ một tổ hợp tuyến tính các véc tơ
khác của hệ
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Vìvậy để tìm hạng của một ma trận ta thực hiện các biến đổi sơ cấp lên các cột hoặc các hàng để đưa ma trận về dạng hình bậc thang,từ đó suy ra hạng của ma trận Ví dụ về tính theo cột:
Ví dụ 3.12
Vậy r(A)2
A
3 1 2 2
4 1 3 3
2 1 4 4
c c c
c1 c1
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Vídụ về biến đổi sơ cấp theo hàng:
Ví dụ 3.12
Vậy r(A)2
A
2 1 2 2
5
7 h h
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
5
5 5 1
5 3
c c
c c
c c c
c c
c c c
c c
B
( 3)2 ( 1)3 24 4 (3 2 )2 33 25 5
1 0 0 0 0 1 0 0 0 0
0 1 1 1 0 1 1 0 0
2 1 1 3 2 2 1 1 2 2 2 2
a a
Vậy
1 3
1 4
) (
a
a B
r
nÕu nÕu
2 1 1 2 2a 0
Trang 6CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Kháiniệm định thức lần đầu tiên được Leibniz (Lépnít) đưa ra
vàonăm 1693 khi bàn đến việc giải hệ phương trình tuyến tính
Định thức của ma trận vuông cấp 2 bằng tích đường chéo
thứ nhất trừ tích đường chéo thứ hai
11 12
11 22 12 21
21 22
Matrận và định thức ngày nay luôn đi liền với nhau và hầu
như mọi người đều cho rằng khái niệm định thức phải ra đời sau
kháiniệm ma trận, nhưng sự thực ngược lại
Định thức của ma trận vuông cấpntổng quát được xét trong
chương này
Định thức hình thành là nhằm để giải các hệ phương trình
tuyến tính mà việc làm này đã có một lịch sử lâu đời trước đó
3.2 ĐỊNH THỨC
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Định thức được tiếp tục phát triển và nghiên cứu qua các công trình của Cramer (Cờrame) (Thụy sĩ), Jacobi (ia-cô-bi) (Đức), Laplace (Pháp), Vandermonde (Vănđécmông) (Hà Lan)
Cauchy (Cô-si) (Pháp) làngười đầu tiên nghiên cứu khái niệm định thức một cách hệ thống
Ngoàiứng dụng để giải hệ phương trình tuyến tính, định thức cònđược sử dụng để nghiên cứu những vấn đề của ma trận như: ma trận nghịch đảo, hạng của ma trận, tìm giá trị riêng
Định thức Jacobi được sử dụng trong phép đổi biến số của tích phânnhiều lớp
Định thức Wronsky (vrông-xki) dùng để kiểm tra tính chất độc lập tuyến tính của các nghiệm của phương trình vi phân tuyến tínhthuần nhất
Khảo sát tính chất độc lập của một hệ véc tơ
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
3.2.1 ĐỊNH NGHĨA ĐỊNH THỨC
Khi giải hệ phương trình tuyến tính
' '
a
c by ax
ta tính cácđịnh thức
'
'
'
'
ba
ab
b
a
b
a
' '
bc cb b c
b c
' '
ca ac c a
c a
22 21
12 11
a a
a a A
Như vậy định thức của ma trận vuông cấp 2:
21 12 22 11 22 21
12 11
a a a a a
a
a
a
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Đó là định thức của ma trận vuông cấpn
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
3.2.2 MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ ĐỊNH THỨC
x y z
2 .6 5.4 y z x 3.1 x y z 5.3.6 2.4.1
Trang 7CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Tính định thức
11
D a a
Ví dụ 3.15
nn
n n n
n
a
a a
a a
a
a a
a
a
D
3 33
2 23
22
1 13
12
11
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Tương tự
Ví dụ 3.16
2
d e f
11
21 22
a
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
( 1) 2
1
n
n n
n
a
Ví dụ 3.18
3 2 2
x
z
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Định thức của ma trậnA[ aij]nncủa hệ véc tơ{v1,… ,vn}
trongcơ sởBcủa không gian véc tơVcũng được gọi là định thức của hệ véc tơ{v1,… ,vn}và kýhiệuDB{v1,… ,vn}.Vậy
1, , n det
Ví dụ 3.19
Hệ véc tơ v1 (2, 4,1), v2 (3,6, 2), v3 ( 1,5, 2)
có ma trận trong cơ sở chính tắc Bcùa 3là
A
D B v v v A
Vậy
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
3.2.3 CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA ĐỊNH THỨC
1)Nếu đổi chỗ hai hàng của ma trận thì định thức đổi dấu
,
ij
mj
i k m
i m
i k
a
a
nÕu nÕu nÕu
thì det A ' det A
Ví dụ 3.20
" " "
" "
"
'
a b
a c
Đổi chỗ hai hàng
mvà k
cho nhau
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
2)Định thức có tính chất tuyến tính đối với mỗi hàng
Ma trận
ij n n
có hàng thứ klà tổ hợp tuyến tính của
ij n n
ij n n
Nghĩa là
1, ,
i k
c a b
nÕu
víi mäi
;
hàng thứ kcủa
thì det C det A det B
Ví dụ 3.21
a
c
Trang 8CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
3)Từ 1) và 2) suy ra rằng trong một ma trận có hai hàng tỷ lệ thì
định thức bằng0
4)Nếu ta cộng vào một hàng một tổ hợp tuyến tính các hàng
khác thìđịnh thức không thay đổi
Ví dụ 3.22
b c c a
" ' " ' " ' " " " ' ' '
a
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
5)Định thức của ma trận chuyển vị bằng định thức của ma trận đó
det At det A
Ví dụ 3.23
'
'
"
"
" " " "
b a a
a b a
6)Từ 5) suy ra rằng các tính chất của định thức đúng với hàng thìcũng đúng với cột và ngược lại Vì vậy ta chỉ cần chứng minh cácđịnh lý về định thức đúng với hàng Chẳng hạn, từ 4) suy ranếu ta cộng vào một cột một tổ hợp tuyến tính các cột khác thìđịnh thức không thay đổi
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
7)Định thức của mọi hệnvéctơ phụ thuộc tuyến tính của không
gian véctơnchiều đều bằng0
Nếu hệ véc tơ v1 , ,v n phụ thuộc tuyến tính thì có một véc tơ là tổ hợp tuyến tính của
các véc tơ còn lại Chẳng hạn v n 1 1v 2 2v n1v n1
detA D v, ,v n,v n D v, ,v n,v v nv n
Táchcột cuối thành tổng củan1định thức ta được
1 1 1 1 1 1 1 1
detADBv, ,v n,v DBv, ,v n,nv n 0 0 0
B A
AB det det
8)Định thức của một tích bằng tích các định thức
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC 3.2.4 CÁC CÁCH TÍNH ĐỊNH THỨC
Cho matrậnA[ aij]nn
KýhiệuMijlàđịnh thức của ma trận cấpn1cóđược bằng cách xoá hàngicộtjcủa ma trậnA
Hàngi
Cột j
( 1)i j
A M
được gọi là phần bù đại số củaaij
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Công thức khai triển định thức của Atheo cột thứ j
1 1 det A a Aj j a Anj nj
j n
1
1
j
j
a
n j
nj
a
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Công thức khai triển định thức của A theo hàng thứ i
1 1 det A a Ai i a Ain in
Nhận xét 3.5
Côngthức khai triển theo cột thứjvà côngthức khai triển theo hàngthứi(trongđó việc chọn hàng thứivàcột thứjlà tùy ý) cho phép tínhđịnh thức cấpntheotổng các số hạng dạngaijAij.Nếu
ở hàng thứihoặc cộtjcósố hạngaij0thìaijAij0 Vìvậy để tínhđịnh thức ta thức hiện các bước sau:
Chọn hàng ihoặc cột jcó nhiều phần tử bằng 0hoặc dễ triệt tiêu Thực hiện các phép biến đổi để triệt tiêu các phần tử trên hàng (hoặc cột) đã chọn, cuối cùng trên hàng hoặc cột này chỉ có một phần tử khác0
Khai triển theo hàng hoặc cột đã triệt tiêu
Trang 9CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Ví dụ 3.26
Khai triển theo hàng thứ 2 ta được
2 1
D
Tiếp tục triệt tiêu hàng thứ nhất của định thức trên ta có
D
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Matrận vuôngAđược gọi là khả nghịch nếu tồn tại ma trận vuông cùngcấpBsao choABBAI
Phép nhân matrận có tính kết hợp nên ma trậnBở định nghĩa trênnếu tồn tại thì duy nhất, ta gọi ma trận này làma trận
Điều kiện cần và đủ để ma trậnAtồn tại ma trận nghịch đảo là
det A 0 det A det A1 det AA1 det I 1 detA0
Ma trận nghịch đảo A1của ma trận A có dạng
ij n n
B A được gọi là ma trận phụ hợp của A
det
t
A
Aijlà phần bù đại số của phần tử aijcủa ma trận A [ aij]nn
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
1 2
2
1
i
n
n nn
Khai triển theo hàng thứ k
Hàng k
Hàng i
1 1
i k i n k n
1 2
1 2
i
n
n nn
Khai triển theo hàng thứ k
Hàng k
Hàng i
0
det A
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Ma trận A a b
c d
vuông cấp 2 với định thức A ad bc - 0 có
ma trận nghịch đảo là
A
Ví dụ 3.31
5 7
3 9
A
có ma trận nghịch đảo 1 1 9 7
3 5 24
A
1 1
det
0
t
i k
nÕu nÕu
1
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Ví dụ 3.32
8 0 1
3 5 2
3 2 1
A có det A 1
40
8
0
3
5
)
1
11
8 1 3 2 ) 1
12
0 1 5 2 ) 1
13
A
16
8
0
3
2
)
1
21
8 1 3 1 ) 1
22
0 1 2 1 ) 1
23
A
9
3
5
3
2
)
1
31
3 2 3 1 ) 1
32
5 2 2 1 ) 1
33
A
1
1
1
t
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
A
có det A 56
A A A
A A A
A A A
1
t
A
Trang 10CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Tìm ma trận nghịch đảo theo phương pháp Gauss-Jordan
Để tìm ma trận nghịch đảoA1ta thực hiện các bước sau:
1)Viết ma trận đơn vị Ibên phải ma trận A: A | I
2)Thực hiện các phép biến đổi sơ cấp đồng thời lên các hàng
của A | Iđể đưa ma trậnAở vế trái về ma trận đơn vị
3)Khi vế trái trở thành ma trận đơn vị thì vế phải là ma trận A1
1
A I I A
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Ví dụ 3.34
Tìm A1với
A
1 2 3 1 0 0
2 5 3 0 1 0
1 0 8 0 0 1
1 1
2 2
2 2 3 3
1 2 3 1 0 0
0 1 3 2 1 0
0 0 1 5 2 1
3 2 2
3 3
3 3 1 11 2 0 14 6 3
0 1 0 13 5 3
0 0 1 5 2 1
1 1
1 2 2
1 3 3 2
1 2 3 1 0 0
0 1 3 2 1 0
0 2 5 1 0 1
1 1
2 2
3 3
2
1 1
2 2
3 3
1 0 0 40 16 9
0 1 0 13 5 3
0 0 1 5 2 1
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
3.2.6 TÌM HẠNG CỦA MA TRẬN BẰNG ĐỊNH THỨC
Định thức của một hệ phụ thuộc tuyến tính bằng0 Dođó nếu
định thứcDB{v1, ,vn}0thìhệ{v1, ,vn}độc lập tuyến tính
Ngược lại, giả sử hệ{v1, ,vn}độc lập tuyến tính, ta chứng
minhD
B{v1, ,vn}0
Vậy hệ{v1, ,vn}trong không gian véctơnchiều là độc lập
tuyến tính khi và chỉ khiDB{v1, ,vn}0
Ta cũng chứng minh được nếu T tij B '
B là ma trận chuyển từ cơ
sở B sang B ' thì ma trận chuyển từ cơ sở B ' sang B là T1
1 '
' '
T t B t B T
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC Định lý 3.12
Giả sửA [ aij]làmột ma trận cỡmn.Nếu có định thức con cấppkhác0vàmọi định thức con cấpp1bao quanh nóđều bằng0thìr(A) p
Hệ quả 3.13 Giả sửAlàmột ma trận cỡmnthì
r ( A ) r (At) min(m , n)
Ví dụ 3.35
20
A
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
B
0
1
Bao định thức này bởi định thức cấp 3
Định thức cấp 4 duy nhất | B |0
Vậy r(B)3
CHƯƠNG 3: MA TRẬN VÀ ĐỊNH THỨC
Ví dụ 3.37
Tìm hạng của ma trận
a a A
a a
3
) 1 )(
3
A
Khi a 3 , a 1 thì r ( A ) 4;
BÀI TẬP
Khi a 3,
r A
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
A
A
Khi a 1 r(A) 1