Презентация - Линейная алгебра и аналитическая геометрия

Оцени!

Слайды и текст этой онлайн презентации

Слайд 1

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 1
Тема:Линейная алгебра и аналитическая геометрия
Выполнила: студентка группы ЭБ-12-21 Габдулхакова Л.Р . Научный руководитель: к.т.н., доцент Садриева Р.Т.

Слайд 2

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 2
Линейная алгебра и аналитическая геометрия
Определители Миноры Обратная матрица Ранг матрицы Теорема о базисном миноре Системы линейных уравнений Матричный метод Метод Крамера Метод Гаусса Системы линейных однородных уравнений

Слайд 3

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 3

Элементы, из которых составлена матрица, называют элементами матрицы.
Пример:
a24
– элемент второй строки и четвертого столбца
a13
– элемент первой строки и третьего столбца

Слайд 4

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 4

квадратная порядка n
Две матрицы A и B считаются равными, если они одинакового размера, и элементы, стоящие в A и B на одинаковых местах, равны между собой, т.е. aij=bij .

Слайд 5

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 5
1.
матрица – столбец длины m
2.
матрица – строка длины n
3.
нулевая матрица

Слайд 6

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 6
4.
Условную линию в квадратной матрице порядка n, на которой расположены элементы a11, a22, … , ann, называют главной диагональю этой матрицы.
Условную линию в квадратной матрице порядка n, на которой расположены элементы a1n, a2n-1, … , an1, называют побочной диагональю.
диагональная матрица
E =
единичная матрица

Слайд 7

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 7
5.
треугольные матрицы
6.
трапециевидная матрица

Слайд 8

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 8

(-1)A
– противоположная матрице A
-A
.

Слайд 9

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 9
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

Слайд 10

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 10

.

Слайд 11

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 11

Матрицы A и B, для которых AB=BA, называют перестановочными.
1.
AE=
AO=
OA=
EA=
A
O
2.
3.
4.

Слайд 12

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 12
Определение. Пусть A – матрица размера . Матрица размера , полученная из A заменой каждой ее строки столбцом с тем же номером, называется транспонированной к A.
Операция нахождения матрицы AT называется транспонированием матрицы A.
(AT)T=
1.
A
(A+B)T=
AT+BT
2.
3.
4.

Слайд 13

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 13
Факториал натурального числа n:
0!=
n!
Расположение n чисел 1, 2, 3, …, n в любом порядке называется перестановкой этих чисел.
Пусть дана некоторая перестановка чисел 1, 2, 3, …, n:
Количество пар, образующих инверсию в переста-новке, называется числом инверсий в перестановке.

Слайд 14

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 14
Определение. Пусть A – квадратная матрица порядка n. Определителем матрицы A (определителем порядка n) называется сумма n! членов, составлен-ных следующим образом: членами определителя служат всевозможные произведения n элементов матрицы, взятых по одному из каждой строки и каждого столбца матрицы, причём произведение берется со знаком «плюс», если число инверсий в перестановке первых индексов сомножителей и число инверсий в перестановке вторых индексов сомножителей в сумме дают четное число, в противном случае – со знаком «минус».

Слайд 15

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 15

Слайд 16

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 16
Определение. Пусть A – квадратная матрица порядка n. Определителем матрицы A (определителем порядка n) называется сумма n! членов, составленных следующим образом: членами опреде-лителя служат всевозможные произведения n элементов матрицы, взятых по одному из каждой строки и каждого столбца матрицы, причём произведение берется со знаком «плюс», если число инверсий в перестановке первых индексов сомножителей и число инверсий в перестановке вторых индексов сомножителей в сумме дают четное число, в противном случае – со знаком «минус».

Слайд 17

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 17

Правило треугольников:

Слайд 18

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 18
1.
При транспонировании матрицы ее определитель не меняется.
2.
При перестановке любых двух строк (столбцов) определитель меняет знак.
Общий множитель элементов любой строки (столбца) можно выносить за знак определителя.
3.
4.
Если все элементы k-той строки определителя |A| являются суммами двух элементов, то определи-тель равен сумме двух определителей |A1| и |A2|, у которых все строки кроме k-той совпадают со стро-ками |A|, а k-тая строка в определителе |A1| состоит из первых слагаемых, а в определителе |A2| – из вторых слагаемых.

Слайд 19

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 19
Определитель равен нулю если:
5.
а) он имеет строку (столбец), состоящую из нулей;
б) он имеет хотя бы две одинаковые строки (столбца);
в) он имеет хотя бы две пропорциональные (т.е. отличающиеся множителем) строки (столбца);
г) хотя бы одна строка (столбец) является линейной комбинацией нескольких других строк (столбцов).

Слайд 20

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 20
6.
7.

Слайд 21

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 21

k – некоторое число,
Пусть A – матрица размера
Определение. Выберем в матрице A произвольно k строк и k столбцов. Из элементов, стоящих на пересечении выбранных строк и столбцов, составим определитель Mk. Этот определитель называют минором k-го порядка матрицы A (ее определителя).

Слайд 22

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 22

Определение. Пусть A – квадратная матрица порядка n. Выберем в A минор k-го порядка Mk (выберем строки с номерами i1,i2,…,ik и столбцы с номерами j1, j2,…, jk). Вычеркнем из матрицы A строки и столбцы, из элементов которых состоит минор Mk. Определитель Mk*, составленный из оставшихся элементов, называется дополнитель-ным минором к минору Mk.
aij
Mij – дополнительный минор
(порядок n-1)
Aij – алгебраическое дополнение:

Слайд 23

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 23

Следствие (теоремы Лапласа). Определитель равен сумме произведений всех элементов любой строки (столбца) на их алгебраические дополнения, т.е.
|A|
|A|
(разложение определителя по i-той строке и j-тому столбцу соответственно)

Слайд 24

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 24

= –102

Слайд 25

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 25

Если А имеет обратную, то
1. А – квадратная.
2. Обратная матрица единственная.
3. Определитель матрицы А отличен от нуля.

Слайд 26

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 26
Теорема. Пусть А – квадратная матрица порядка n. Матрица A имеет обратную тогда и только тогда, когда ее определитель |A| отличен от нуля. Причем обратная матрица A-1 может быть найдена по формуле:
где S – матрица из алгебраических дополнений элементов матрицы A, т.е.

Слайд 27

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 27
Определение. Рангом матрицы называют макси-мальный порядок ее миноров, отличных от нуля.
Базисным минором матрицы называют её отлич-ный от нуля минор, порядок которого равен рангу матрицы.
Строки и столбцы, на пересечении которых стоят элементы базисного минора, называются базис-ными.

Слайд 28

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 28
ПРИНЦИП НУМЕРАЦИИ СТРОК И СТОЛБЦОВ
СТРОКИ НУМЕРУЮТСЯ СВЕРХУ ВНИЗ, НАЧИНАЯ С № 1. СТОЛБЦЫ НУМЕРУЮТСЯ СЛЕВА НАПРАВО, НАЧИНАЯ С № 1.

Слайд 29

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 29
Определение. Элементарными преобразованиями матрицы называются преобразования следующего вида:
умножение некоторой строки (столбца) на ненулевое число;
1.
прибавление к одной строке (столбцу) другой строки (столбца), умноженной на произволь-ное число;
2.
3.
перестановка двух строк (столбцов);
вычеркивание нулевой строки (столбца).
4.

Слайд 30

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 30
Определение. Матрица В называется эквивалентной матрице А, если она может быть получена из А эле-ментарными преобразованиями.
Теорема (об инвариантности ранга матрицы отно-сительно элементарных преобразований). Ранг мат-рицы инвариантен относительно элементарных пре-образований (эквивалентные матрицы имеют равные ранги).
1) с помощью элементарных преобразований строк получаем для матрицы А эквивалентную матрицу В, имеющую ступенчатый вид;
2) находим в матрице В базисный минор и определя-ем ранг матрицы В и, следовательно, матрицы А.

Слайд 31

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 31
Пример
– базисный минор
r(A) = 2

Слайд 32

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 32

S1, S2, … , Sk – строки (столбцы) матрицы А
α1, α2, … , αk – некоторые числа
α1S1 + α2S2 + … + αkSk – линейная комбинация
Определение. Строки (столбцы) S1, S2, … , Sk называют линейно зависимыми, если существуют числа α1, α2, … , αk, не все равные нулю одновременно, такие, что линейная комбинация α1S1 + α2S2 + … + αkSk = 0 (нулевой матрице).
Если же равенство α1S1 + α2S2 + … + αkSk = 0 возможно только при условии α1 = α2 = … = αk = 0, то строки (столбцы) S1, S2, … , Sk называют линейно независимыми.
=
S1
S2
= (
= O
0)
S3
S1, S2, S4 – линейно зависимы
S4

Слайд 33

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 33
Лемма (о линейной зависимости). Строки (столбцы) S1, S2, … , Sk линейно зависимы тогда и только тогда, когда хотя бы одна из них является линейной комбинацией других.
Теорема (о базисном миноре). 1. Базисные строки (столбцы) матрицы линейно независимы. 2. Любая строка (столбец) матрицы является линейной комбинацией базисных строк (столбцов).
Следствие (критерий равенства нулю определи-теля). Определитель матрицы A равен нулю тогда и только тогда, когда его строки (столбцы) линейно зависимы.

Слайд 34

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 34
Линейное уравнение
– числа.
– коэффициенты уравнения
b – свободный член
Если , то уравнение называют однородным.
Если , то уравнение называют неоднородным.

Слайд 35

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 35
Система m линейных уравнений с n неизвестными, т.е. система вида
(*)
Тогда система принимает вид: AX = B

Слайд 36

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 36
Упорядоченный набор чисел c1, c2, …, cn называется решением системы (*), если он обращает в тождество каждое уравнение системы.
– решение системы

Слайд 37

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 37
Теорема (Кронекера – Капелли). Система линейных уравнений (*) совместна тогда и только тогда, когда ранг матрицы системы равен рангу ее расширенной матрицы, т.е.
Теорема (критерий единственности решения). Система линейных уравнений (*) имеет единствен-ное решение тогда и только тогда, когда ранг матри-цы системы равен рангу ее расширенной матрицы и равен числу переменных, т.е.

Слайд 38

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 38
1) Матричный метод
Пусть m = n и .
Системы такого вида называются невырожденными.
1.
решение единственно.
2.
по теореме об обратной матрице А имеет обратную.

Слайд 39

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 39
2) Метод Крамера
Теорема (Крамера). Если в системе линейных урав-нений число уравнений m и число неизвестных n совпадает и , то система совместна и имеет единственное решение, которое может быть найдено по формулам
где , а – определитель, получаемый из определителя заменой его i-го столбца на столбец свободных членов.

Слайд 40

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 40

Пример

Слайд 41

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 41
Определение. Элементарными преобразованиями системы линейных уравнений называются преобра-зования следующего вида:
1.
умножение обеих частей уравнения на ненулевое число;
прибавление к одному уравнению другого, умноженного на произвольное число;
2.
3.
перестановка двух уравнений;
4.
вычеркивание одного из двух пропорциональ-ных или одинаковых уравнений.
Определение. Две системы называются эквивалент-ными (равносильными), если их решения совпадают.

Слайд 42

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 42
Схема метода Гаусса.
Прямой ход
1. Элементарными преобразованиями приводим систему к эквивалентной системе, имеющей расширенную матрицу ступенчатого вида.
2. Выясняем, будет ли система совместна, сравнивая ранги основной и расширенной матриц полученной системы.
3. Выбираем в основной матрице полученной системы базисный минор треугольного вида.
4. Переносим в правую часть системы слагаемые с неизвестными, коэффициенты которых не вошли в базисный минор.

Слайд 43

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 43
Обратный ход
5. Начиная с последнего уравнения (в обратном порядке) выражаем все зависимые переменные через свободные. Система, в которой зависимые пере-менные выражены через свободные, называется общим решением системы.
6. Придавая свободным переменным конкретные числовые значения, получаем бесконечно много решений исходной системы. Каждое из этих решений называют частным решением системы.

Слайд 44

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 44

1.
система совместна
2.
3.
4.
5.
– общее решение

Слайд 45

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 45

(**)
– решение.
, т.е. система совместна
Это решение называют нулевым или тривиальным.
Другие решения называют нетривиальными.
Теорема (критерий существования нетривиальных решений). Система линейных однородных уравнений обладает нетривиальным решением тогда и только тогда, когда ранг её основной матрицы меньше числа неизвестных, то есть .

Слайд 46

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 46
С1, С2, … , Сk – матрицы-столбцы, являющиеся решениями системы (**)
α1, α2, … , αk – некоторые числа
α1С1 + α2С2 + … + αkСk – линейная комбинация
Теорема (свойство решений системы линейных однородных уравнений). Любая линейная комбинация конечного числа решений системы (**) является решением этой системы.

Слайд 47

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 47
Теорема (существования фундаментальной системы решений). Пусть r – ранг матрицы системы (**). Если система имеет нетривиальные решения, то найдутся n – r линейно независимых решений таких, что любое другое её решение будет их линейной комбинацией. Эти решения называются фундаментальной системой решений системы (**).
1.
Находим общее решение системы.
Записываем любой отличный от нуля определитель порядка n – r.
2.
Записываем n – r решений системы, беря в качестве значений для свободных неизвестных элементы строк поочередно.
3.

Слайд 48

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 48

– общее решение
1)
2)
3)
(1, 0, 1, 0, 0), (– 1, 1, 0, 1, 0), (2, 0, 0, 0, 1) – фундаментальная система решений

Слайд 49

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 49
Пусть система АХ = В совместна и r(A) < n.
Установим связь между решениями системы АХ = В и соответствующей ей системы АХ = 0.
Теорема 1. Сумма любого решения линейной неодно-родной системы и любого решения соответствующей ей однородной системы является решением неодно-родной системы.
Теорема 2. Разность двух произвольных решений ли-нейной неоднородной системы является решением соответствующей однородной системы.
Теорема 3. Общее решение линейной неоднородной системы равно сумме любого частного решения этой системы и общего решения соответствующей одно-родной системы.

Слайд 50

Линейная алгебра и аналитическая геометрия, слайд 50
Cпасибо за внимание!
^ Наверх
X

Благодарим за оценку!

Мы будем признательны, если Вы так же поделитесь этой презентацией со своими друзьями и подписчиками.