Изменения

Перейти к: навигация, поиск

Обратная матрица

1735 байт добавлено, 07:04, 31 марта 2021
Отмена правки 80742, сделанной 46.242.10.153 (обсуждение)
==Обратимость в алгебре==
{{Определение
|definition=Пусть <tex>X</tex> - алгебра над <tex>F</tex>. <tex>e \in X</tex> называется единицей <tex>X</tex>, если <tex>\mathcal{8} forall x \in X: e*x=x*e=x</tex>, причем <tex>e</tex> единственна
}}
{{Определение
|definition=Пусть <tex>z \in X</tex>. Левый обратный элементу <tex>z</tex>, являющийся одновременно и правым обратным к нему, называется обратным и обозначается <tex>z^{-1}</tex>. При этом сам элемент называется обратимым.
}}
 
{{Лемма
|statement=
Пусть <tex>x,y,z \in</tex> алгебре <tex>X</tex>
 
<tex>xz=e, \ x</tex> {{---}} левый обратный
 
<tex>zy=e, \ y</tex> {{---}} правый обратный.
 
Тогда <tex>z</tex> обратим, при этом <tex>z^{-1}=x=y</tex> и <tex>z^{-1} - !</tex>
|proof=
'''Факт 1.''' <tex>x \cdot z \cdot y=(x \cdot z) \cdot y=e \cdot y=y</tex>, но <tex>x \cdot z \cdot y=x \cdot (z \cdot y)=x \cdot e=x \Rightarrow x=y</tex>, тогда по определению <tex>z^{-1}=x=y</tex>.
 
'''Факт 2.''' Пусть <tex>\exists z^{-1}, \ \tilde{z}^{-1}</tex>
<tex>z^{-1} \cdot z \cdot \tilde{z}^{-1}=(z^{-1} \cdot z) \cdot \tilde{z}^{-1}=e \cdot \tilde{z}^{-1}=\tilde{z}^{-1}</tex>, но <tex>z^{-1} \cdot z \cdot \tilde{z}^{-1}=z^{-1} \cdot (z \cdot \tilde{z}^{-1})=z^{-1} \cdot e=z^{-1} \Rightarrow z^{-1}=\tilde{z}^{-1} \Rightarrow z^{-1}-!</tex>
}}
Квадратная матрица <tex>A</tex> обратима (имеет обратную матрицу) тогда и только тогда, когда она невырожденная, то есть <tex>\det A \neq 0</tex>.
|proof =
*<tex>detA \ne 0</tex> из определения обратной матрицы'''Шаг 1.*''' Если матрица <tex>A</tex> обратима, то <tex>AB = E</tex> для некоторой матрицы <tex>B</tex>. Тогда, если квадратные матрицы одного и того же порядка, то <tex>\det AB = \det A \cdot \det B</tex>:*<tex>1 = \det E = \det AB = \det A \cdot \det B</tex>, следовательно, <tex>\det A \neq 0, \det B \neq 0</tex>.*Теперь докажем '''Шаг 2.''' Докажем обратное утверждение. Пусть <tex>\det A \ne 0</tex>. Положим 1) Докажем существование правой обратной матрицы <tex>B</tex>. Предположим <tex>\exists B : AB=E</tex>, где <tex>A= \fracVert \alpha_{k}^{1i} \Vert, \ B=\Vert \beta_{k}^{i} \Vert, \ E=\Vert \det Adelta_{k}A^{*i}\Vert</tex>Тогда <tex>AB = A(E: \sum\fraclimits_{j=1}^{n} \alpha_{j}^{i} \beta_{detAk}A^{*j}) = \fracdelta_{k}^{i}, \ (i,k=1..n)</tex>, фиксируем <tex>k</tex>, тогда: <tex>(\beta_{k}^{detA1}...\beta_{k}(AA^{*n})^T \rightarrow (\xi^1...\xi^n)^T</tex> то есть, тогда получим, что <tex>\sum\limits_{j=1}^{n} \alpha_{j}^{i} \xi^{j}=\delta_{k}^{i} \Rightarrow A=\Vert \alpha_{k}^{i} \Vert </tex> обратима справа. *Поскольку для квадратной матрицы одно и двусторонняя обратимость эквивалентны (Квадратная {{---}} матрица системы уравнений, так как <tex>\det A\ne 0</tex> обратима справа тогда и только тогда, когда она обратима слевато по Крамеру <tex>\exists! (\xi^1...\xi^n), получаем^T</tex> В итоге для всех <tex>k</tex> получим матрицу <tex>B</tex>, что и требовалось.  2) Докажем существование левой обратной матрицы <tex>AC</tex> обратима и . Предположим <tex>A\exists C: CA=E \Rightarrow \sum\limits_{j=1}^{n} \gamma_{i}^{j}\alpha_{j}^{-1k} = B = \fracdelta_{k}^{i}</tex> Фиксируем <tex>i</tex>, тогда <tex>(\gamma_{1}^{i}...\gamma_{detAn}A^{*i}) \rightarrow (\xi_1...\xi_n)</tex>,получаем заполнение по строчкам, аналогично первому пункту показываем <tex>\exists C</tex>.''3) Тогда по лемме <tex>C=B=A^{*-1}</tex> - присоединенная матрица'', теорема доказана.
}}
}}
<math dpi = "145">\widehat{C}^{*A}= \begin{pmatrix}
{A}_{11} & {A}_{12} & \cdots & {A}_{1n} \\
{A}_{21} & {A}_{22} & \cdots & {A}_{2n} \\
Где:
* <math dpi = "145">\widehat{C}^{*A}</math> — присоединённая(союзная, взаимная) матрица;
* <math dpi = "145">{A}_{ij}</math> — алгебраические дополнения исходной матрицы;
* <math dpi = "145">{a}_{ij}</math> — элементы исходной матрицы.
====Алгоритм получения обратной матрицы====
:*заменить каждый элемент исходной матрицы на его алгебраическое дополнение - в результате будет получена присоединенная матрица
:*разделить каждый элемент транспонированной союзной присоединенной матрицы на определитель исходной матрицы.
<tex dpi="145">A^{-1} = (C^*)\widehat{A}^T \times \frac{1}{det A}</tex>
==Ссылки==
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Invertible_matrix Wikipedia {{---}} Invertible matrix]
* Анин конспект
[[Категория: Алгебра и геометрия 1 курс]]
[[Категория: Линейные операторы]]
Анонимный участник

Навигация