Lineáris algebra
Gyakorló feladatsor: mátrixok
Nyolc feladat végigvezetett megoldással: műveletek, szorzás és a nem-kommutativitás, transzponált, determináns, inverz, rang és mátrixegyenlet.
20 perc olvasás
1. Feladatok
Ehhez a feladatsorhoz a mátrixok alapjai anyaga kell. Elöl mindenhol csak a feladat áll: próbáld meg előbb magadtól, és csak utána nyisd le a megoldást. A nehézség fokozatosan nő, az utolsó két feladat pedig már több eszközt használ egyszerre.
1. feladat
Legyen és . Számold ki: és .
1. feladat
Megoldás
Az összeadás és a skalárral szorzás elemenként történik; a két mátrix mérete azonos, tehát elvégezhető.
2. feladat
Legyen és . Számold ki -t és -t. Mit tapasztalsz?
2. feladat
Megoldás
A szorzat -edik sorának -edik eleme az első mátrix -edik sorának és a második -edik oszlopának skaláris szorzata.
: a mátrixszorzás nem kommutatív. Ez a legfontosabb különbség a számokkal való szorzáshoz képest, és emiatt kell minden átalakításnál figyelni a sorrendre.
3. feladat
Legyen és . Számold ki -t, és ellenőrizd, hogy .
3. feladat
Megoldás
- Méretek. egy -as, egy -es mátrix. A belső méretek megegyeznek (3 = 3), tehát a szorzás elvégezhető, és az eredmény -es lesz.
- A transzponált tehát .
- A másik oldal: a transzponáltak fordított sorrendben szorzódnak.A két eredmény megegyezik. Vedd észre, hogy el sem lenne végezhető: a méretek nem stimmelnének.
4. feladat
Számold ki az mátrix determinánsát és inverzét.
4. feladat
Megoldás
- Nem nulla, tehát a mátrix invertálható.
- A inverz képlete: a főátlót cseréljük, a mellékátlót előjelet váltjuk, és osztunk a determinánssal.
- Ellenőrzés — ez sosem maradhat el:
5. feladat
Számold ki két módszerrel: .
5. feladat
Megoldás
- Sarrus-szabállyal. Három „lefelé” haladó szorzat pozitívan, három „felfelé” haladó negatívan:
- Kifejtéssel az első sor szerint. Az előjelek váltakoznak: .
- A két módszer ugyanazt adja. Érdemes tudni, hogy a Sarrus-szabály csak háromszor hármas determinánsra érvényes; négyszer négyestől kezdve csak a kifejtés (vagy sorműveletekkel való egyszerűsítés) marad.
6. feladat
Mely értékekre nem invertálható az mátrix?
6. feladat
Megoldás
- Egy mátrix pontosan akkor nem invertálható, ha a determinánsa nulla. Írjuk fel a determinánst függvényeként:
- Tehát vagy esetén nem invertálható; a többi -ra igen. (Ez a feladattípus a sajátértékek felé mutat: ott is egy determináns nullává tételéből jönnek a keresett értékek.)
7. feladat
Mennyi az mátrix rangja?
7. feladat
Megoldás
- A rang a lineárisan független sorok száma; a legegyszerűbben sorműveletekkel derül ki.
- A második sor az első kétszerese, tehát csupa nullát ad. A harmadikból vonjuk le az elsőt:
- A nulla sort a végére téve lépcsős alakot kapunk két nemnulla sorral, tehát .
- Ellenőrzés: mivel a rang kisebb 3-nál, a determinánsnak nullának kell lennie — és valóban, a második sor az első számszorosa.
8. feladat
Oldd meg az mátrixegyenletet, ahol és .
8. feladat
Megoldás
- Szorozzunk balról -gyel. A sorrend itt nem mindegy: , tehát . Ha jobbról szoroznánk, jönne ki, amiből nem esik ki az .
- Az inverz a 4. feladatból ismert: .
- Ellenőrzés:
Elakadtál menet közben?
Egy tananyag megmutatja, hogyan működik a dolog. Azt viszont, hogy pontosan hol csúszik el nálad, egy óra alatt derítjük ki. Foglalj egy alkalmat, vagy beszéljük meg egy ingyenes konzultáción, mire van szükséged.