Знайти зворотну матрицю рішення. Зворотня матриця та її властивості

Зворотна матриця для цієї це така матриця, множення вихідної на яку дає одиничну матрицю: Обов'язковою і достатньою умовою наявності зворотної матриці є нерівність нулю детермінанта вихідної (що в свою чергу має на увазі, що матриця повинна бути квадратна). Якщо ж визначник матриці дорівнює нулю, її називають виродженою і така матриця немає зворотної. У вищій математиці обернені матриці мають важливе значення і застосовуються для вирішення ряду завдань. Наприклад, на знаходження зворотної матриціпобудовано матричний метод розв'язання систем рівнянь. Наш сервіс сайт дозволяє обчислювати зворотну матрицю онлайндвома методами: методом Гауса-Жордана та за допомогою матриці алгебраїчних доповнень. Перервий має на увазі велику кількість елементарних перетворень усередині матриці, другий - обчислення детермінанта та додатків алгебри до всіх елементів. Для обчислення визначника матриці онлайн ви можете скористатися іншим сервісом - Обчислення детермінанта матриці онлайн

.

Знайти зворотну матрицю на сайт

сайтдозволяє знаходити зворотну матрицю онлайншвидко та безкоштовно. На сайті здійсняться обчислення нашим сервісом і видається результат із докладним рішенням щодо знаходження зворотної матриці. Сервер завжди видає лише точну та правильну відповідь. У завданнях визначення зворотної матриці онлайн, необхідно, щоб визначник матрицібув відмінним від нуля, інакше сайтповідомить про неможливість знайти зворотну матрицю через рівність нуля визначника вихідної матриці. Завдання щодо знаходження зворотної матрицізустрічається у багатьох розділах математики, будучи одним із самих базових понять алгебри та математичним інструментом у прикладних завданнях. Самостійне визначення зворотної матрицівимагає значних зусиль, багато часу, обчислень та великої уважності, щоб не допустити описки або дрібної помилки у обчисленнях. Тому наш сервіс з знаходження зворотної матриці онлайнзначно полегшить вам завдання та стане незамінним інструментом для вирішення математичних завдань. навіть якщо ви знаходите зворотну матрицюМи рекомендуємо перевірити ваше рішення на нашому сервері. Введіть вашу вихідну матрицю у нас на Обчислення зворотної матриці онлайн і звірте вашу відповідь. Наша система ніколи не помиляється і знаходить зворотну матрицюзаданої розмірності в режимі онлайнмиттєво! На сайті сайтдопускаються символьні записи в елементах матриць, в цьому випадку зворотна матриця онлайнбуде представлена ​​у загальному символьному вигляді.

Для будь-якої невиродженої матриці А існує і єдина матриця A -1 така, що

A*A -1 =A -1 *A = E,

де E — одинична матриця тих самих порядків, як і А. Матриця A -1 називається зворотної до матриці A.

Якщо хтось забув, в одиничній матриці, крім діагоналі, заповненої одиницями, всі інші позиції заповнені нулями, приклад одиничної матриці:

Знаходження зворотної матриці методом приєднаної матриці

Зворотна матриця визначається формулою:

де A ij - елементів a ij.

Тобто. для обчислення зворотної матриці потрібно обчислити визначник цієї матриці. Потім знайти додатки алгебри для всіх її елементів і скласти з них нову матрицю. Далі потрібно транспортувати цю матрицю. І кожен елемент нової матриці розділити на визначник вихідної матриці.

Розглянемо кілька прикладів.

Знайти A-1 для матриці

Розв'язання. Знайдемо A -1 методом приєднаної матриці. Маємо det A = 2. Знайдемо алгебраїчні доповнення елементів матриці A. У цьому випадку алгебраїчними доповненнями елементів матриці будуть відповідні елементи самої матриці, взяті зі знаком відповідно до формули

Маємо A 11 = 3, A 12 = -4, A 21 = -1, A 22 = 2. Утворимо приєднану матрицю

Транспортуємо матрицю A*:

Знаходимо зворотну матрицю за формулою:

Отримуємо:

Методом приєднаної матриці знайти A-1, якщо

Розв'язання. Перш за все обчислюємо визначтеся даної матриці, щоб переконатися в існуванні зворотної матриці. Маємо

Тут ми додали до елементів другого рядка елементи третього рядка, помножені попередньо (-1), а потім розкрили визначник по другому рядку. Оскільки визначитеся даної матриці відмінний від нуля, то зворотна до неї матриця існує. Для побудови приєднаної матриці знаходимо додатки алгебри елементів даної матриці. Маємо

Відповідно до формули

транспортуємо матрицю A*:

Тоді за формулою

Знаходження зворотної матриці методом елементарних перетворень

Крім методу знаходження зворотної матриці, що з формули (метод приєднаної матриці), існує метод знаходження зворотної матриці, званий методом елементарних перетворень.

Елементарні перетворення матриці

Елементарними перетвореннями матриці називаються такі перетворення:

1) перестановка рядків (стовпців);

2) множення рядка (стовпця) на число, відмінне від нуля;

3) додавання до елементів рядка (стовпця) відповідних елементів іншого рядка (стовпця), попередньо помножених на деяке число.

Для знаходження матриці A -1 побудуємо прямокутну матрицю В = (А|Е) порядків (n; 2n), приписуючи до матриці А справа одиничну матрицю Е через роздільну межу:

Розглянемо приклад.

Методом елементарних перетворень знайти A -1 якщо

Рішення. Утворимо матрицю B:

Позначимо рядки матриці B через 1 , 2 , 3 . Зробимо над рядками матриці B наступні перетворення.

Матриця А -1 називається зворотною матрицею по відношенню до матриці А, якщо А * А -1 = Е де Е - одинична матриця n -го порядку. Зворотна матриця може існувати лише для квадратних матриць.

Призначення сервісу. За допомогою даного сервісу в онлайн режимі можна знайти додатки алгебри , транспоновану матрицю A T , союзну матрицю і зворотну матрицю. Рішення проводиться безпосередньо на сайті (в онлайн) і є безкоштовним. Результати обчислень оформляються у звіті формату Word та у форматі Excel (тобто є можливість перевірити рішення). див. приклад оформлення.

Інструкція. Для отримання рішення необхідно встановити розмірність матриці. Далі в новому діалоговому вікні заповніть матрицю A.

Розмірність матриці 2 3 4 5 6 7 8 9 10

також Зворотня матриця методом Жордано-Гаусса

Алгоритм знаходження зворотної матриці

1. Знаходження транспонованої матриці A T .
2. Визначення додатків алгебри. Замінюють кожен елемент матриці його додатком алгебри.
3. Складання зворотної матриці з додатків алгебри: кожен елемент отриманої матриці ділять на визначник вихідної матриці. Результуюча матриця є зворотною для вихідної матриці.

Наступний алгоритм знаходження зворотної матриціаналогічний попередньому крім деяких кроків: спочатку обчислюються алгебраїчні доповнення, а потім визначається союзна матриця C .

1. Визначають, чи квадратна матриця. Якщо ні, то зворотної матриці не існує.
2. Обчислення визначника матриці A. Якщо він не дорівнює нулю, продовжуємо рішення, інакше – зворотної матриці не існує.
3. Визначення додатків алгебри.
4. Заповнення союзної (взаємної, приєднаної) матриці C .
5. Складання зворотної матриці з додатків алгебри: кожен елемент приєднаної матриці C ділять на визначник вихідної матриці. Результуюча матриця є зворотною для вихідної матриці.
6. Роблять перевірку: перемножують вихідну та отриману матриці. В результаті повинна вийти поодинока матриця.

Приклад №1. Запишемо матрицю у вигляді:

Алгебраїчні доповнення.

A 1,1 = (-1) 1+1

-1 -2 5 4

∆ 1,1 = (-1 4-5 (-2)) = 6

A 1,2 = (-1) 1+2

2 -2 -2 4

∆ 1,2 = -(2 4-(-2 (-2))) = -4

A 1,3 = (-1) 1+3

2 -1 -2 5

∆ 1,3 = (2 5-(-2 (-1))) = 8

A 2,1 = (-1) 2+1

2 3 5 4

∆ 2,1 = -(2 4-5 3) = 7

A 2,2 = (-1) 2+2

-1 3 -2 4

∆ 2,2 = (-1 4-(-2 3)) = 2

A 2,3 = (-1) 2+3

-1 2 -2 5

∆ 2,3 = -(-1 5-(-2 2)) = 1

A 3,1 = (-1) 3+1

2 3 -1 -2

∆ 3,1 = (2 (-2)-(-1 3)) = -1

A 3,2 = (-1) 3+2

-1 3 2 -2

∆ 3,2 = -(-1 (-2)-2 3) = 4

A 3,3 = (-1) 3+3

-1 2 2 -1

∆ 3,3 = (-1 (-1)-2 2) = -3
Тоді зворотну матрицюможна записати як:

A -1 = 1/10

6 -4 8 7 2 1 -1 4 -3

A -1 =

0,6 -0,4 0,8 0,7 0,2 0,1 -0,1 0,4 -0,3

Інший алгоритм знаходження зворотної матриці

Наведемо іншу схему знаходження зворотної матриці.

1. Знаходимо визначник цієї квадратної матриці A .
2. Знаходимо додатки алгебри до всіх елементів матриці A .
3. Записуємо додатки алгебри елементів рядків в стовпці (транспонування).
4. Ділимо кожен елемент отриманої матриці на визначник матриці A.

Як бачимо, операція транспонування може застосовуватися як на початку над вихідною матрицею, так і в кінці над отриманими алгебраїчними доповненнями.

Особливий випадок: Зворотній, по відношенню до одиничної матриці E є одинична матриця E .

Визначення 1:матриця називається виродженою, якщо її визначник дорівнює нулю.

Визначення 2:матриця називається невиродженою, якщо її визначник не дорівнює нулю.

Матриця "A" називається зворотною матрицеюякщо виконується умова A*A-1 = A-1 *A = E (одиничної матриці).

Квадратна матриця оборотна тільки в тому випадку, коли вона невироджена.

Схема обчислення зворотної матриці:

1) Обчислити визначник матриці "A", якщо ∆ A = 0, то зворотної матриці немає.

2) Знайти всі додатки алгебри матриці "A".

3) Скласти матрицю з додатків алгебри (Aij )

4) Транспонувати матрицю з додатків алгебри (Aij )T

5) Помножити транспоновану матрицю на число, зворотне визначнику цієї матриці.

6) Виконати перевірку:

На перший погляд, може здатися, що це складно, але насправді все дуже просто. Усі рішення ґрунтуються на простих арифметичних діях, головне при вирішенні не плутатися зі знаками "-" та "+", і не втрачати їх.

А тепер давайте разом з Вами розв'яжемо практичне завдання, обчисливши зворотну матрицю.

Завдання: знайти зворотну матрицю "A", представлену на малюнку нижче:

Вирішуємо все точно так, як це зазначено в план-схемі обчислення зворотної матриці.

1. Перше, що потрібно зробити, це знайти визначник матриці "A":

Пояснення:

Ми спростили наш визначник, скориставшись його основними функціями. По-перше, ми додали до 2 і 3 рядків елементи першого рядка, помножені на одне число.

По-друге, ми змінили 2 і 3 стовпець визначника, і за його властивостями змінили знак перед ним.

По-третє, ми винесли загальний множник (-1) другого рядка, тим самим знову змінивши знак, і він став позитивним. Також ми спростили 3 рядок так само, як на початку прикладу.

У нас вийшов трикутний визначник, у якого елементи нижче діагоналі дорівнюють нулю, і за 7 властивістю він дорівнює добутку елементів діагоналі. У результаті ми отримали ∆ A = 26, отже зворотна матриця існує.

А11 = 1 * (3 +1) = 4

А12 = -1 * (9 +2) = -11

А13 = 1 * 1 = 1

А21 = -1 * (-6) = 6

А22 = 1 * (3-0) = 3

А23 = -1 * (1 +4) = -5

А31 = 1 * 2 = 2

А32 = -1 * (-1) = -1

А33 = 1 + (1 +6) = 7

3. Наступний крок - складання матриці з додатків:

5. Помножуємо цю матрицю на число, зворотне визначнику, тобто на 1/26:

6. Ну а тепер нам просто потрібно виконати перевірку:

У ході перевірки ми отримали одиничну матрицю, отже, рішення було виконане абсолютно правильно.

2 спосіб обчислення зворотної матриці.

1. Елементарне перетворення матриць

2. Зворотна матриця через елементарний перетворювач.

Елементарне перетворення матриць включає:

1. Множення рядка на число, що не дорівнює нулю.

2. Додаток до будь-якого рядка іншого рядка, помноженого на число.

3. Зміна місцями рядків матриці.

4. Застосовуючи ланцюжок елементарних перетворень, отримуємо іншу матрицю.

А -1 = ?

1. (A|E) ~ (E|A -1 )

2. A -1 * A = E

Розглянемо це практичному прикладі з дійсними числами.

Завдання:Знайти обернену матрицю.

Рішення:

Виконаємо перевірку:

Невелике роз'яснення щодо рішення:

Спочатку ми переставили 1 і 2 рядок матриці, потім помножили перший рядок (-1).

Після цього помножили перший рядок (-2) і склали з другим рядком матриці. Після чого помножили 2 рядок на 1/4.

Заключним етапом перетворень стало множення другого рядка на 2 та додатком з першого. В результаті зліва у нас вийшла одинична матриця, отже зворотна матриця - це матриця справа.

Після перевірки ми переконалися у правильності рішення.

Як ви бачите, обчислення зворотної матриці – це дуже просто.

У висновку цієї лекції хотілося б також приділити трохи часу властивостям такої матриці.

Способи знаходження зворотної матриці, . Розглянемо квадратну матрицю

Позначимо Δ =det A.

Квадратна матриця А називається невиродженою,або неособливою, якщо її визначник відмінний від нуля, та виродженою,або особливою, якщоΔ = 0.

Квадратна матриця є для квадратної матриці А того ж порядку, якщо їх добуток А В = В А = Е, де Е - одинична матриця того ж порядку, що і матриці А і В.

Теорема . Для того щоб матриця А мала зворотну матрицю, необхідно і достатньо, щоб її визначник був відмінний від нуля.

Зворотна матриця матриці А позначається через А- 1 так що В = А - 1 та обчислюється за формулою

, (1)

де А i j - додатки алгебри елементів a i j матриці A..

Обчислення A -1 за формулою (1) для матриць високого порядку дуже трудомістке, тому практично зручно знаходити A -1 з допомогою методу елементарних перетворень (ЭП). Будь-яку неособливу матрицю А шляхом ЕП тільки стовпців (або лише рядків) можна привести до одиничної матриці Е. Якщо скоєні над матрицею А ЕП у тому ж порядку застосувати до одиничної матриці Е, то в результаті вийде зворотна матриця. Зручно здійснювати ЕП над матрицями А та Е одночасно, записуючи обидві матриці поряд через межу. Зазначимо вкотре, що з відшуканні канонічного виду матриці з метою знаходження можна скористатися перетвореннями рядків і стовпців. Якщо потрібно знайти зворотну матрицю, в процесі перетворення слід використовувати тільки рядки або тільки стовпці.

Приклад 2.10. Для матриці знайти A-1.

Рішення.Знаходимо спочатку детермінант матриці А
значить, зворотна матриця існує і ми її можемо знайти за такою формулою: , де А i j (i,j = 1,2,3) - додатки алгебри елементів а i j вихідної матриці.

Звідки .

Приклад 2.11. p align="justify"> Методом елементарних перетворень знайти A -1 для матриці: А = .

Рішення.Приписуємо до вихідної матриці праворуч одиничну матрицю того ж порядку: . За допомогою елементарних перетворень стовпців наведемо ліву "половину" до одиничної, здійснюючи одночасно такі перетворення над правою матрицею.
Для цього поміняємо місцями перший та другий стовпці: ~ . До третього стовпця додамо перший, а до другого - перший, помножений на -2: . З першого стовпця віднімемо подвоєний другий, та якщо з третього - помножений на 6 другий; . Додамо третій стовпець до першого та другого: . Помножимо останній стовпець на -1: . Отримана праворуч від вертикальної межі квадратна матриця є зворотною матрицею до даної матриці А. Отже,
.