background image

 

Macierz odwrotna do macierzy kwadratowej nieosobliwej 

 

Na ogół nie ma sensu mówić o iloczynie macierzy A, B. Także nie można dzielić macie-

rzy. Zanim podamy jak dzielić macierze musimy zdefiniować pojęcie macierzy odwrotnej do 

macierzy kwadratowej nieosobliwej.   

  

Definicja  

          Niech A = [a

i j

] będzie macierzą kwadratową stopnia n > 1.  

           Dopełnieniem algebraicznym wyrazu a

i j 

macierzy A nazywamy liczbę  

                      D

i j

 = (–1)

i+j

 det A

i j

,  

    gdzie A

i j

 oznacza macierz stopnia n – 1 otrzymaną  przez skreślenie – tego wiersza  

           oraz j – tej kolumny macierzy A. 

 

Mówiąc poglądowo:  Niech A

n

 będzie macierzą kwadratową. Najpierw z macierzy A

n

 

wyrzucamy (skreślamy) wiersz o numerze  oraz kolumnę o numerze ( ten wiersz oraz ko-

lumnę wskazują wskaźniki wyrazu a

ij

). Otrzymujemy macierz rzędu n – 1, której wyznacznik 

oznacza się  det A

ij

 . Ten wyznacznik mnożymy przez (-1)

i+j

 ; otrzymaną liczbę nazywa się 

dopełnieniem algebraicznym wyrazu a

ij

 macierzy A

n

 .  

 

         Przykład 1. 

Dopełnienie  D

23

 wyrazu a

23

  macierzy A = 

4

7

4

1

5

1

0

3

2

 wyznaczamy następująco: 

1.  Skreślamy wiersz 2 i kolumnę 3 macierzy A i otrzymujemy macierz B =

7

4

3

2

2.  Obliczamy wyznacznik macierzy B:   det 

7

4

3

2

 = 14 – 12 = 2. 

3. Obliczamy dopełnienie  D

23

 wyrazu a

23

 :    D

23

 = (–1)

2+3

 det 

7

4

3

2

 = – 2.  

Definicja 

Jeśli A

n

 jest macierzą kwadratową nieosobliwą, to macierzą odwrotną A

n

-1

 do macierzy  

A

n   

nazywamy macierz, która spełnia

 

warunek  A

n

 A

n

-1

 = A

n

-1

 A

n

 = I

,   gdzie I

n

 jest 

macierzą jednostkową wymiaru n. 

                   Inaczej iloczyn macierzy danej i odwrotnej jest macierzą jednostkową. 

background image

 

                  Algorytm wyznaczania macierzy odwrotnej do danej nieosobliwej 

 

Niech A

n

 będzie macierzą kwadratową nieosobliwą (czyli det A

n

 ≠ 0). 

1.

 

Obliczamy wyznacznik macierzy A

n

 , czyli det A

n

.  

2.

 

Wyznaczamy dopełnienia każdego wyrazu macierzy A

n

3.

 

Tworzymy macierz D otrzymanych dopełnień. 

4.

 

Transponujemy macierz D ; otrzymujemy macierz D

T

5.

 

Dzielimy każdy wyraz macierzy D

T

 przez det A

n

 – otrzymujemy macierz A

n

-1

.

 

 

           Inaczej mówiąc macierz odwrotną

 

A

n

-1

 

wyznaczamy ze związku

 

 

                                             A

n

-1

 

 = 

n

A

det

1

D

T

 . 

Przykład 2.  

         Dana jest macierz A = 

1

0

1

1

2

1

3

1

0

 

1.

 

Wyznacznik macierzy A, czyli det A = –6.  

          Wniosek A jest macierzą nieosobliwą. Istnieje zatem macierz A

-1

  odwrotna do  

            macierzy A. 

2.

 

Obliczamy dopełnienia wyrazów macierzy A: 

D

11

 = (–1)

1+1

 

1

0

1

2

 = –2  ;   D

12

 = 0  ; D

13

 = –2 ; 

D

21 

= 1  ;         D

22

 = –3 ;    D

23

 = 1; 

D

31

 = –5  ;      D

32

 = –3 ;       D

33

 = 1. 

3.

 

Tworzymy macierze D i  D

T

 

       D =

1

3

5

1

3

1

2

0

2

 ;         D

 = 

1

1

2

3

3

0

5

1

2

4.

 

Wyznaczamy macierz A

-1

 = 

n

A

det

1

D

T

  = – 

6

1

1

1

2

3

3

0

5

1

2

 = 

6

1

6

1

3

1

2

1

2

1

0

5

5

6

1

3

1

.  

 Można sprawdzić, że A A

-1

 = I

3

 (jest macierzą jednostkową stopnia 3). 

          

background image

 

Definicja 

             Niech A, B będą macierzami kwadratowymi tego samego stopnia oraz det B ≠ 0. 

A : B = A 

⋅⋅⋅⋅

 B

-1

 . 

 

Przykład 3. 

   Rozwiąż równanie 

 

4

3

1

1

 = 

4

3

1

2

.        

 

       Jest to równanie postaci X 

 A = B.   

   Skoro  det A ≠ 0, to każdą ze stron tego równania mnożymy prawostronnie przez A

-1

 (za-

stanów się dlaczego prawostronnie) bądź dzielimy przez  A i otrzymujemy:   

                                          (X 

 A) 

  A

-1

 = B 

 A

-1

.    

                   Następnie  X 

 (A 

  A

-1

 ) = B

  A

-1

 ;     X 

 I

2

 = B

  A

-1

 ;    X = B 

  A

-1

.     

         Wystarczy zatem pomnożyć macierz B przez A

-1

, aby otrzymać macierz X.   

          Mamy:   X 

 

4

3

1

1

 = 

4

3

1

2

;           X  = 

4

3

1

2

.  

1

4

3

1

1

 ;  

              X  = 

4

3

1

2

.  

1

3

1

4

 ;       X  = 

1

0

1

5

.   

 

Ćwiczenia 

 

1. Wyznacz macierz odwrotną do danej. 

     a) [5] ,    b) 

4

0

1

2

 ,     c)  

0

1

1

0

 ,   d) 

a

a

a

a

cos

sin

sin

cos

,  e) 

2

3

1

1

2

0

5

1

2

 

2.   Rozwiąż równanie macierzowe wykorzystując operację odwracania macierzy. 

     a) 

1

0

2

3

 

X = 

1

0

1

5

 ,    b)  

3

2

1

2

 

 

2

0

1

1

 = 

0

2

5

3

 ,    

     c)  

1

2

1

3

 

 

2

1

3

1

 = 

2

2

3

3

 ,    d )   

1

0

0

2

1

2

 

 X 

 

1

2

5

1

 = 

1

0

2

1

2

5

 .