Wyznaczniki. Algebra. Aleksander Denisiuk

Podobne dokumenty
Macierz o wymiarach m n. a 21. a 22. A =

1 Macierze i wyznaczniki

Rozdział 5. Macierze. a 11 a a 1m a 21 a a 2m... a n1 a n2... a nm

Własności wyznacznika

Macierze. Rozdział Działania na macierzach

Wyznaczniki 3.1 Wyznaczniki stopni 2 i 3

det[a 1,..., A i,..., A j,..., A n ] + det[a 1,..., ka j,..., A j,..., A n ] Dowód Udowodniliśmy, że: det[a 1,..., A i + ka j,..., A j,...

Algebra liniowa. 1. Macierze.

2 Rachunek macierzowy, metoda eliminacji Gaussa-Jordana Wprowadzenie teoretyczne Zadania... 9

Przestrzeń liniowa. Algebra. Aleksander Denisiuk

Definicja macierzy Typy i właściwości macierzy Działania na macierzach Wyznacznik macierzy Macierz odwrotna Normy macierzy RACHUNEK MACIERZOWY

φ(x 1,..., x n ) = a i x 2 i +

15. Macierze. Definicja Macierzy. Definicja Delty Kroneckera. Definicja Macierzy Kwadratowej. Definicja Macierzy Jednostkowej

1 Macierz odwrotna metoda operacji elementarnych

ALGEBRA LINIOWA. Wykład 2. Analityka gospodarcza, sem. 1. Wydział Zarządzania i Ekonomii Politechnika Gdańska

Wprowadzenie do metod numerycznych Wykład 3 Metody algebry liniowej I Wektory i macierze

PODSTAWY AUTOMATYKI. MATLAB - komputerowe środowisko obliczeń naukowoinżynierskich - podstawowe operacje na liczbach i macierzach.

Macierze - obliczanie wyznacznika macierzy z użyciem permutacji

MACIERZE I WYZNACZNIKI

RACHUNEK MACIERZOWY. METODY OBLICZENIOWE Budownictwo, studia I stopnia, semestr 6. Instytut L-5, Wydział Inżynierii Lądowej, Politechnika Krakowska

Analiza matematyczna i algebra liniowa Macierze

a 11 a a 1n a 21 a a 2n... a m1 a m2... a mn x 1 x 2... x m ...

5 Wyznaczniki. 5.1 Definicja i podstawowe własności. MIMUW 5. Wyznaczniki 25

Grupy. Permutacje 1. (G2) istnieje element jednostkowy (lub neutralny), tzn. taki element e G, że dla dowolnego a G zachodzi.

Zadania z Algebry liniowej 4 Semestr letni 2009

1 Zbiory i działania na zbiorach.

Ekoenergetyka Matematyka 1. Wykład 3.

Lista. Algebra z Geometrią Analityczną. Zadanie 1 Przypomnij definicję grupy, które z podanych struktur są grupami:

Zadania egzaminacyjne

Algebra liniowa II. Lista 1. 1 u w 0 1 v 0 0 1

Zastosowania wyznaczników

Zestaw 2. Definicje i oznaczenia. inne grupy V 4 grupa czwórkowa Kleina D n grupa dihedralna S n grupa symetryczna A n grupa alternująca.

Algebra liniowa. Macierze i układy równań liniowych

DB Algebra liniowa semestr zimowy 2018

Układy równań liniowych i metody ich rozwiązywania

O MACIERZACH I UKŁADACH RÓWNAŃ

Macierze i Wyznaczniki

Algebra z geometrią Lista 1 - Liczby zespolone

Algebra liniowa z geometria

Analiza matematyczna i algebra liniowa Macierze

MATEMATYKA I SEMESTR ALK (PwZ) 1. Sumy i sumy podwójne : Σ i ΣΣ

Algebra linowa w pigułce

1. Liczby zespolone i

Algebra z geometrią analityczną zadania z odpowiedziami

5. Rozwiązywanie układów równań liniowych

Algebra z geometrią analityczną zadania z odpowiedziami

Lokalna odwracalność odwzorowań, odwzorowania uwikłane

, A T = A + B = [a ij + b ij ].

dr Mariusz Grządziel 15,29 kwietnia 2014 Przestrzeń R k R k = R R... R k razy Elementy R k wektory;

Wektory. Algebra. Aleksander Denisiuk. Polsko-Japońska Wyższa Szkoła Technik Komputerowych Wydział Informatyki w Gdańsku ul. Brzegi Gdańsk

Algebra z geometrią analityczną zadania z odpowiedziami

Zestaw 12- Macierz odwrotna, układy równań liniowych

Met Me ody numer yczne Wykład ykład Dr inż. Mic hał ha Łanc Łan zon Instyt Ins ut Elektr Elektr echn iki echn i Elektrot Elektr echn olo echn

Algebra. Jakub Maksymiuk. lato 2018/19

Wyk lad 4 Macierz odwrotna i twierdzenie Cramera

Wykład 4. Informatyka Stosowana. Magdalena Alama-Bućko. 25 marca Magdalena Alama-Bućko Wykład 4 25 marca / 25

Wstęp do metod numerycznych Uwarunkowanie Eliminacja Gaussa. P. F. Góra

D1. Algebra macierzy. D1.1. Definicje

Formy kwadratowe. Mirosław Sobolewski. Wydział Matematyki, Informatyki i Mechaniki UW. 14. wykład z algebry liniowej Warszawa, styczeń 2017

1 Elementy logiki i teorii mnogości

Treści programowe. Matematyka. Efekty kształcenia. Literatura. Terminy wykładów i ćwiczeń. Warunki zaliczenia. tnij.org/ktrabka

macierze jednostkowe (identyczności) macierze diagonalne, które na przekątnej mają same

Podstawowe struktury algebraiczne

1 Logika. 1. Udowodnij prawa logiczne: 3. (p q) (p q) 2. (p q) ( q p) 2. Sprawdź, czy wyrażenie ((p q) r) (p (q r)) jest tautologią.

ALGEBRA LINIOWA Z ELEMENTAMI GEOMETRII ANALITYCZNEJ

Formy kwadratowe. Mirosław Sobolewski. Wydział Matematyki, Informatyki i Mechaniki UW. 14. wykład z algebry liniowej Warszawa, styczeń 2011

Lista nr 1 - Liczby zespolone

Przekształcenia liniowe

Wykład 7 Macierze i wyznaczniki

Funkcja kwadratowa. f(x) = ax 2 + bx + c,

Wektory i wartości własne

Geometria Analityczna w Przestrzeni

Algebra z Geometrią Analityczną. { x + 2y = 5 x y = 9. 4x + 5y 3z = 9, 2x + 4y 3z = 1. { 2x + 3y + z = 5 4x + 5y 3z = 9 7 1,

Formy kwadratowe. Mirosław Sobolewski. Wydział Matematyki, Informatyki i Mechaniki UW. wykład z algebry liniowej Warszawa, styczeń 2009

Algebra liniowa z geometria. - zadania Rok akademicki 2010/2011

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ ANALITYCZNĄ

Zaawansowane metody numeryczne

Wykład 14. Elementy algebry macierzy

Macierze. 1 Podstawowe denicje. 2 Rodzaje macierzy. Denicja

Zestaw 12- Macierz odwrotna, układy równań liniowych

Macierze. Układy równań.

Wektory i wartości własne

DB Algebra liniowa 1 semestr letni 2018

Lista. Algebra z Geometrią Analityczną. Zadanie 1 Zapisz za pomocą spójników logicznych i kwantyfikatorów: x jest większe niż 6 lub mniejsze niż 4

Zaawansowane metody numeryczne

Wykład 5. Metoda eliminacji Gaussa

1 Działania na zbiorach

Niezb. ednik matematyczny. Niezb. ednik matematyczny

Krótkie wprowadzenie do macierzy i wyznaczników

Układy równań liniowych. Krzysztof Patan

Układy równań i równania wyższych rzędów

3 1 + i 1 i i 1 2i 2. Wyznaczyć macierze spełniające własność komutacji: [A, X] = B

"Bieda przeczy matematyce; gdy się ją podzieli na więcej ludzi, nie staje się mniejsza." Gabriel Laub

OPERACJE NA MACIERZACH DODAWANIE I ODEJMOWANIE MACIERZY

Spis treści. 1 Macierze Macierze. Działania na macierzach Wyznacznik Macierz odwrotna Rząd macierzy...

Zadania z algebry liniowej - sem. I Przestrzenie liniowe, bazy, rząd macierzy

Elementy grafiki komputerowej. Elementy geometrii afinicznej

Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych PW Algebra liniowa - konspekt wykładu

a 11 a a 1n a 21 a a 2n... a m1 a m2... a mn a 1j a 2j R i = , C j =

Transkrypt:

Algebra Wyznaczniki Aleksander Denisiuk denisjuk@pjwstk.edu.pl Polsko-Japońska Wyższa Szkoła Technik Komputerowych zamiejscowy ośrodek dydaktyczny w Gdańsku ul. Brzegi 55 80-045 Gdańsk Algebra p. 1

Wyznaczniki Najnowsza wersja tego dokumentu dostępna jest pod adresem http://users.pjwstk.edu.pl/~denisjuk/ Algebra p. 2

Wyznaczniki macierzy małych wymiarów ( ) a 11 a 12 det = a 11 a 12 a 21 a 22 a 21 a 22 = a 11a 22 a 12 a 21 a 11 a 12 a 13 a 21 a 22 a 23 = a 11 a 22 a 33 +a 12 a 23 a 31 +a 21 a 32 a 13 a 31 a 32 a 33 a 31 a 22 a 13 a 21 a 12 a 33 a 32 a 23 a 11 ) det (a 11 = a 11 Algebra p. 3

Definicja Ω n = {1,2,...,n} Wzajemnie-jednoznaczne odwzorowanie π : Ω n Ω n nazywa się permutacja. ( ) 1 2... n Oznaczenie: π(1) π(2)... π(n) Mnożenie permutacji: τσ = τ σ ( ) 1 2 3 4 przykład: τ =, σ = 2 3 4 1 τσ στ ( ) 1 2 3 4 4 3 2 1 Algebra p. 4

Grupa permutacji (τσ)ω = τ(σω) permutacja jednostkowa e = ( ) 1... n 1... n permutacja odwrotna ττ 1 = e grupa permutacji: S n Algebra p. 5

Cykle permutacja a 1 a 2... a k a 1, pozostałe elementy zostaja na miejscu (a a) nazywa się cyklem długośłci k zapis: (a 1 a 2... a k ) cykl gługości 2 nazywa się trapspozycja dwa cykle sa niezależne, jeżeli nie maja wspólnych elementów mnożenie niezależnych cykli jest przemienne Twierdzenie 1. Każda permutacji może być przedstawiona jako iloczyn niezależnych cykli. Jednoznacznie z dokładnościa do kolejności czynników Algebra p. 6

Cykle permutacja a 1 a 2... a k a 1, pozostałe elementy zostaja na miejscu (a a) nazywa się cyklem długośłci k zapis: (a 1 a 2... a k ) cykl gługości 2 nazywa się trapspozycja dwa cykle sa niezależne, jeżeli nie maja wspólnych elementów mnożenie niezależnych cykli jest przemienne Twierdzenie 2. Każda permutacji może być przedstawiona jako iloczyn niezależnych cykli. Jednoznacznie z dokładnościa do kolejności czynników Wniosek 3. Każda permutacja może być przedstawiona jako iloczyn transpozycji Algebra p. 7

Przykłady ( 1 2 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 1 7 6 8 ) = (12345)(67)(8) = (12345)(67) w S 4 : (123) = (13)(12) = (23)(13) = (13)(24)(12)(14) Algebra p. 8

Znak permutacji Twierdzenie 4. Niechπ S n, gdzieτ j sa transpozycje (j = 1,...,k). Wtedy π = τ 1 τ 2...τ k, (1) ε(π) = ( 1) k nie zależy od reprezentacji (1). Pozatym α,β S n ε(αβ) = ε(α)ε(β). Definicja 5. permutacjaσ Sn jest parzysta, jeżeliε(σ) = 1 permutacjaσ Sn jest nieparzysta, jeżeliε(σ) = 1 Algebra p. 9

Obliczenie znaku permutacji Definicja 6. Niech dana będzie permutacja π = ( ) 1 2... n π(1) π(2)... π(n) Para(π(i),π(j)) tworzy inwersję, jeżelii < j orazπ(i) > π(j). Twierdzenie 7. Permutacjiaπ S n jest parzysta wtedy i tylko wtedy, gdy zawiera ona parzysta ilość inwersji. Dowód. transposycja(ai a i+1 ) zmienia parzystość permutacji ogólna transpozycja zmienia parzystość permutacji Przykład 8. π = ( ) 1 2 3 4 5 6 5 4 1 3 2 6 Algebra p. 10

Działanie permutacji na funkcjach Definicja 9. Niech dane będan-argumentowa funkcjaf(x 1,...,x n ) oraz permutacjaσ S n. Działanieσnaf jest funkcja (σ f)(x 1,...,x n ) = f(x σ(1),...,x σ(n) ) Lemat 10. σ,π S n (σπ) f = σ (π f) Algebra p. 11

Funkcje antysymetryczne Definicja 11. n-argumentowa funkcjaf(x 1,...,x n ) nazywa się antysymetryczna (skośno-symmetryczna, jeżeli 1 k < n f(x 1,...x k,x k+1,...,x n ) = f(x 1,...,x k+1,x k,...,x n ) Lemat 12. Dla antysymetrycznej funkcji f, i, j f(x 1,...x i,...,x j,...,x n ) = f(x 1,...x j,...,x i,...,x n ) Przykład 13. n = 1 j<i n (x i x j ) Algebra p. 12

Dowód twierdzenia 4 Niech f(x 1,...,x n ) będzie dowolna niezerowa antysymetryczna funkcja. Niech σ = τ 1 τ 2...τ k będzie permutacja, rozłożona w iloczyn transpozycji. σ f = ( 1) k f = ε(σ)f nie zależy od rozłożenia. ε(σπ)f = (σπ) f = (σ π) f = σ (π f) = σ (ε(π)f) = ε(π)(σ f) = ε(π)ε(σ)f Algebra p. 13

Funkcje symetryczne Definicja 14. n-argumentowa funkcjaf(x 1,...,x n ) nazywa się symetryczna, jeżeli 1 k < n f(x 1,...x k,x k+1,...,x n ) = f(x 1,...x k+1,x k,...,x n ) Lemat 15. Dla symetrycznej funkcjif, σ S n f(x 1,...,x n ) = f(x σ(1),...,x σ(n) ) Przykład 16. x 1 + +x n x 2 1 +x 1x 2 + +x 1 x n +x 2 x 1 +x 2 2 +x 2x 3 + +x n x n 1 +x 2 n x 1 x 2...x n Algebra p. 14

Wielomiany symetryczne Definicja 17. Elementarne wielomiany symetryczne n zmiennych: σ 1 (x 1,...,x n ) = σ 2 (x 1,...,x n ) = σ 3 (x 1,...,x n ) = x i 1 i n 1 i 1 <i 2 n 1 i 1 <i 2 <i 3 n x i1 x i2.................................... σ n (x 1,...,x n ) = x 1 x 2...x n x i1 x i2 x i3 Twierdzenie 18. Każdy wielomian symetrycznyp(x 1,...,x n ) może zostać jednoznacznie przedstawiony jako wielomian od elementarnych wielomianów symetrycznych: P(x 1,...,x n ) = Q ( σ 1 (x 1,...,x n ),...,σ n (x 1,...,x n ) ) Przykład 19. (x 1 x 2 ) 2 = (x 1 +x 2 ) 2 4x 1 x 2 Algebra p. 15

Twierdzenie Viète a Twierdzenie 20. Niechx 1,x 2,...,x n będa pierwiastkami wielomianu P(x) = a 0 +a 1 x+a 2 x 2 + +a n 1 x n 1 +a n x n. Wtedy σ 1 (x 1,...,x n ) = a n 1 a n σ 2 (x 1,...,x n ) = a n 2 a n.................................... σ n (x 1,...,x n ) = ( 1) n a 0 a n Dowód. P(x) = a n (x x 1 )(x x 2 )...(x x n ) Algebra p. 16

Rozwiazywanie równań Przykład 21. x 2 +bx+c = 0, = (x 1 x 2 ) 2 = b 2 4c, { x 1 +x 2 = b x 1 x 2 = (x 1 > x 2 ), x 1,2 = ( b± )/2. Uwaga 22. Dla równań stopnia 5 i wyżej nie ma jawnego wzoru na pierwiastki. Algebra p. 17

Definicja wyznacznika Definicja 23. deta = π S n ε(π)a 1π(1) a 2π(2)...a nπ(n) Przykład 24. n = 1,2,3,4 Algebra p. 18

Wyznacznik macierzy transponowanej deta = det A (1). A (n) = det (A (1)... A (n) ) Twierdzenie 25. deta = deta t Algebra p. 19

Funkcje wieloliniowe Definicja 26. FunckcjaD : R n R n }{{} m razy R nazywa się 1. wieloliniowa, (m-linowa) jeżeli jest ona liniowa według każdego z argumentów, e.g. j = 1,...m, α,β R, oraz x 1,...,x j 1,a,b,x j+1,...,x m R n D(x 1,...,x j 1,αa+βb,x j+1,...,x m ) = = αd(x 1,...,x j 1,a,x j+1,...,x m )+ +βd(x 1,...,x j 1,b,x j+1,...,x m ) Algebra p. 20

Właściwości wyznacznika Twierdzenie 27. Wyznacznik jest wieloliniowa antysymentryczna funkcja wierszy (column) Twierdzenie 28. deti = 1 Wniosek 29. det(λa) = λ n det(a), Jeżeli macierzama zerowy wiersz (kolumnę), todeta = 0, JeżeliAma dwa jednakowe wiersze (kolumny), todeta = 0, det A nie zmienia się po elementarnych przekształceniach rodzaju II. Twierdzenie 30. a 11 a 12... a 1n 0 a 22... a 2n det... = a 11a 22...a nn 0 0... a nn Algebra p. 21

Minory i algebraiczne dopełnienia Definicja 31. Wyznacznik macierzy, powstałej z macierzyaprzez skreślenie wierszaioraz kolumnyj nazywa się minorem,m ij A ij = ( 1) i+j M ij nazywa się dopełnieniem algebraicznym Twierdzenie 32. 1. deta = n i=1 ( 1)i+j a ij M ij = n i=1 a ija ij 2. deta = n j=1 ( 1)i+j a ij M ij = n j=1 a ija ij Przykład 33. 1 2 0 3 0 1 1 1 3 Algebra p. 22

Wyznacznik iloczynu macierzy Twierdzenie 34. detab = detadetb Algebra p. 23

Wyznacznik a macierz odwrotna Twierdzenie 35. Macierz A jest nieosobliwa deta 0, przy czym a 11... a 1n... a n1... a nn 1 = 1 deta A 11... A n1... A 1n... A nn Wniosek 36. det A 0 wiersze (kolumny) sa liniowo niezależne Algebra p. 24

Wzory Cramera Twierdzenie 37. Jeżeli wyznacznik układu równań a 11 x 1 + +a 1n x n = b 1,... a n1 x 1 + +a nn x n = b n, różni się od zera, to jedyne rozwiazanie układu dane jest wzorami x k = a 11... b 1... a 1n... a n1... b n... a nn deta k = 1,2,...,n Algebra p. 25