Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Линейная алгебра.-1

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
20.11.2023
Размер:
10.82 Mб
Скачать

ВВЕДЕНИЕ

В этой книге мы будем

им еть дело с внеш не различны м и объ ­

ектами: 1) с м атрицам и (или

прям оугольны м и таблицам и из чисел),

2) с алгебраическим и ф орм ам и, вклю чаю щ им и в себя так назы ваем ы е линейны е, билинейны е и квадрати чн ы е ф орм ы , 3) с так назы ваем ы м и линейны м и (и, в частности, евклидовы м и) пространствам и и с линей ­ ными преобразованиям и в таких пространствах.

Э лементарны е представления об этих объектах читатель имеет из курса аналитической геометрии. В самом деле, в курсе аналитической геом етрии изучались квадратн ы е м атрицы второго и третьего п оряд ­ ков и отвечаю щ ие этим м атрицам определители . Л инейная и к в ад р а ­ ти чн ая ф орм ы представляю т собой соответственно однородную линей ­ ную и однородную квадрати чн ую ф ункции нескольких независимы х переменны х (например, координат в е к то р а). П римером линейного про­ стран ства м ож ет служ и ть совокупность всех геом етрических векторов на плоскости (или в пространстве) с заданны м и операциям и слож ения этих векторов или ум нож ения их на числа. Если д л я совокупности та­ ких векторов задано еще и скалярное произведение, то мы придем к понятию евклидова пространства. П рим ером линейного преобразова­ ния в таком пространстве м ож ет служ и ть переход от одного декартова прям оугольного базиса к другому.

Н есм отря на внеш нее различие, перечисленны е совокупности объ ­ ектов тесно связаны м еж ду собой: больш инство утверж дений допуска­ ют равносильную ф орм улировку д л я каж дой из этих совокупностей. Н аиболее отчетливо эта связь вы является при изучении произвольны х линейны х и евклидовы х пространств (и линейны х преобразований в таких п ростран ствах).

О днако более конкретная, м атри ч н ая тр акто вка результатов непо­ средственно связан а с ф акти ч ески м и вы числениям и (и, в частости, с реш ением линейны х систем уравн ен и й ). И менно поэтом у мы начинаем наш е рассм отрение с изучения м атриц и неоднократно возвращ аем ся впоследствии к м атричной трактовке результатов.

Г Л А В А 1

М А Т Р И Ц Ы И О П Р Е Д Е Л И Т Е Л И

В этой главе изучаю тся таблицы из чисел, назы ваем ы е м а т р и ц а м и

и играю щ ие в дальнейш ем важ нейш ую роль. Здесь вводятся основные операции н ад м атрицам и и детально изучаю тся свойства так н азы вае­ м ы х определит елей, являю щ ихся основной числовой характеристикой

квад р атн ы х м атриц.

 

§

1. М а т р и ц ы

1. П о н я т и е м а т р и ц ы .

М а т р и ц ей назы вается п рям оугольная

таблица из чисел, содерж ащ ая некоторое количество т строк и неко­

торое количество п столбцов.

Ч и сла ш и п назы ваю тся порядкам и м атрицы . В случае, если т = = п, м атри ц а назы вается квадрат н ой, а число т = п — ее порядком .

В дальнейш ем д л я записи м атрицы будут прим еняться либо сдво­

енные черточки, либо круглы е скобки:

а ц

ai2

&1п

/

а ц

ai2

&1п

\

^21

a22

&2п

ИЛИ

^21

022

&2п

 

 

 

 

 

 

 

 

а т1

а т2

&тп

\

Q"ml

а т2

&тп

/

Впрочем, д л я краткого обозначения м атрицы часто будет использо­ ваться либо одна больш ая лати н ская буква (наприм ер, А ), либо символ

||а^-||,

а иногда и с разъяснением : А = ||а^-|| = (а ^ ) (г = 1, 2, ... , ш ;

3 = 1,

2,

п).

Ч и сла dij,

входящ ие в состав данной м атрицы , назы ваю тся ее эле ­

м ен т а м и . В записи aij первы й индекс г означает номер строки, а вто ­ рой индекс j — номер столбца.

В случае квадратн ой м атрицы

 

а ц

ai2

&1п

^21

a22

&2п

Q"nl ^n2

®>пп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. МАТРИЦЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

вводятся понятия главной и побочной диагоналей . Г лавной диагона­

лью

м атрицы

(1.1) назы вается ди агон аль сд 1

*2 2

2 - - - «Пп, идущ ая из ле­

вого

верхнего угла

этой

м атрицы

в

правы й

ниж ний ее

угол. П обоч­

ной

диагональю

той ж е

м атрицы

назы вается ди агон аль

a nia ( n _ i)2 - - -

. . . a i n , идущ ая из левого ниж него угла в правы й верхний угол.

 

 

 

2.

О с н о в н ы е о п е р а ц и и н а д м а т р и ц а м и и и х с в о й с т в а . П р еж ­

де всего договорим ся считать две м атрицы равны м и, если эти м атрицы

имею т одинаковы е порядки и все их соответствую щ ие элем енты

сов­

падаю т.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П ерейдем к определению основны х операций н ад м атрицам и .

 

 

 

а)

С л о ж е н и е

м а т р и ц .

С ум м ой

двух

м атриц

А

=

||а ^ ||

(г =

=

1, 2,

. .

то; j

=

1,

2,

. .

п)

и

В

=

||ЬУ ||

=

1, 2, . .

т ;

j

=

= 1 , 2 , . . . ,

п) одних и тех ж е порядков ш и п

 

назы вается м атри ц а С

=

=

\ ы \

(*

=

1 , 2 , . . . ,

ш; j

=

1 , 2 , . . . , п)

 

тех

ж е

порядков

ш и п ,

элем енты C{j

которой равны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

°ij

= aij

+ bij

(i

= 1 , 2 , . . . ,

ш;

 

j

=

1 , 2 , . . . , n).

 

 

(1.2)

Д л я обозначения суммы двух м атриц используется запись С

=

А + В .

О перация

составления

суммы

м атриц

назы вается

их

слож ением .

 

И так, по определению

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«

п

«12

 

 

« 1п

 

 

Ь ц

 

Ь\ 2

 

 

6l

 

 

 

 

 

 

 

«21

«22

 

 

«2п

 

+

Ь2

1

 

^22

 

 

ъ2п

 

 

 

 

 

 

 

« m l

« m 2 -

 

& т п

 

Ь т1

 

Ьт 2

• • •

Ьт п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(а ц

+

Ь ц)

 

(«12

+

Ь ц)

 

 

(«1п

“Ь

bln)

 

 

 

 

 

 

 

=

(«21

+

^21)

 

(«22

+

^22)

 

 

(«2п

+

Ь2п)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(«ml

“Ь

^ml)

 

(«m2

 

Ьт2 )

 

. . .

(«mn

Н"

Ьт п)

 

 

И з определения

суммы м атриц , а точнее, из

ф орм улы (1.2), непо

средственно

вы текает, что операция слож ения м атриц обладает

те­

ми ж е

свойствами, что и операция

слож ения вещ ественны х

чисел, а

именно:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) переместительны м

свойством:

А

 

+

 

 

 

В

= В

+

А;

 

 

 

2) сочетательны м свойством:

+

 

В )

 

 

+ С = А +

+

С ).

 

Эти

свойства позволяю т не заботиться о порядке следования сла­

гаемы х м атриц при слож ении двух или больш его числа м атриц.

 

 

 

б)

У м н о ж е н и е

 

м а т р и ц ы

и а

ч и с л о . П роизведением м а т р и ­

цы

А =

\\aij\\ (г

=

1, 2,

. .. , ш; j

 

=

1, 2, ... ,

п)

на вещ ественноечис­

ло

Л назы вается

м атри ц а

С

= \\cij\\

(г= 1 , 2 , . . . ,

ш;

j =

1 , 2 , . . . ,

п),

14

 

 

 

ГЛ. 1. МАТРИЦЫ И ОПРЕДЕЛИТЕЛИ

 

 

элем енты с^- которой равны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cij

= X d i j

=

1 , 2 , . . ш;

Д = 1

, 2 , . . п).

 

(1.3)

 

Д л я обозначения произведения м атрицы на число используется за ­

пись С

= ЛА или С = АЛ. О перация составления произведения м ат­

рицы на число назы вается ум н о ж ен и ем м атрицы на это число.

 

Н епосредственно из ф орм улы (1.3) ясно, что ум нож ение м атрицы

на число обладает следую щ ими свойствами:

 

 

 

 

 

 

 

1) сочетательны м

свойством

относительно

числового м нож ителя:

(Ац)А

= Л(цА);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

распределительны м

свойством

относительно

сум м ы

м атриц:

А(А +

В ) = ЛА + ЛВ ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) распределительны м свойством относительно сум м ы чисел: (Л +

Н- д)А

= ЛА Н- ц А .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

З а м е ч а н и е . Разностью

двух

м атриц А

ж В одинаковы х

поряд ­

ков т и п

естественно н азвать такую

м атрицу

С тех ж е порядков т

и п, которая в сумме с м атрицей В

дает м атрицу А. Д л я обозначения

разности двух м атриц используется

естественная запись: С

=

А — В .

 

О чень легко убедиться в том, что разность

С двух м атриц

А и В

м ож ет бы ть получена по правилу С

=

А +

(— 1)В .

 

 

 

 

 

в)

П е р е м н о ж е н и е

м а т р и ц .

П роизведением м атрицы А =

=

\\aij\\ (г

=

1 , 2, . .. , т ;

j

=

1 ,

2, ... ,

п),

имею щ ей

порядки, соот­

ветственно

равны е т

и п,

на

м атрицу

В

=

||Ь^-|| (г

=

1, 2, . .. ,

n; j =

=

1, 2,

... , р), имею щ ую порядки, соответственно равны е п и р , н азы ­

вается

м атри ц а С = НоД

=

1, 2, . .. ,

ш;

j =

1, 2, ... , р),

им ею щ ая

порядки, соответственно равны е п

и р, и элем енты

щ д определяем ы е

ф орм улой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c i j =

^

2 a i k b k i

 

=

 

2’

• • •’

т ;

•?’

=

2’

• •

•’ р ) -

 

(!-4)

 

 

 

к = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д л я обозначения произведения м атрицы А на м атрицу В использу­

ют запись С =

А В . О перация составления произведения м атрицы А

на м атрицу В

назы вается перем нож ением этих м атриц.

 

 

 

И з

сф орм улированного

вы ш е определения

вы текает, что м а т р и ­

цу А м ож но ум н о ж и т ь не на всякую м а т р и ц у В: необходимо, чтобы число столбцов м атрицы А бы ло равно числу строк м атрицы В .

В частности, оба произведения А - В и В -А мож но определить лиш ь в том случае, когда число столбцов А совпадает с числом строк В , а число строк А совпадает с числом столбцов В . П ри этом обе м атрицы

А - В и В • А будут квадратн ы м и , но порядки их будут, вообщ е говоря,

1. МАТРИЦЫ

15

различны м и . Д л я того чтобы оба произведения А В

и В А не толь­

ко бы ли определены , но и имели одинаковы й порядок, необходимо и достаточно, чтобы обе м атрицы Аж В бы ли квадратн ы м и м атрицам и

одного и того ж е порядка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф орм ула (1.4) представляет собой правило составления элементов

м атрицы

(7, являю щ ейся произведением

м атрицы

А

на м атрицу В .

Это правило мож но сф орм улировать и словесно: элем ен т

сц ,

ст оя­

щ ий на пересечении i -й ст роки

и j -го

ст олбца м ат рицы

С

=

А • В ,

равен

сум м е попарны х

произведений

соот вет ст вую щ их

элем ент ов

i -й ст роки м ат рицы А

и j -го ст олбца м ат рицы В .

 

 

 

 

 

 

В качестве прим ера прим енения указанного п рави ла приведем ф о р ­

м улу перемнож ения квад р атн ы х м атриц второго порядка

 

 

 

 

а ц

<212

 

Ъ ц

bi2

 

( а ц Ь ц

+

a 12b2i)

(a n 5i2

+

^ 1 2 ^2 2 )

 

&21

а 22

 

Ь21

^22

 

(a2i5 n

+

H22^2l)

(a2i5i2

+

« 2 2 ^2 2 )

 

И з

ф орм улы

(1.4)

вы текаю т

следую щ ие

свойства произведения

м атрицы А

на м атрицу В:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) сочетательное свойство: (А В ) С =

А ( В С );

 

 

 

 

 

 

 

 

2) распределительное относительно сумм ы м атриц свойство: +

+

В )С

= А С +

В С

или А (В +

С)

=

А В +

А С .

 

 

 

 

 

 

 

Р аспределительное свойство сразу вы текает из ф орм ул (1.4) и (1.2),

а

д л я

доказательства сочетательного свойства

достаточно

зам етить,

что если

А

=

||а у ||

=

1 ,2 , .

.

т;

j

=

1

, 2

, . . п ), В

=

\\bj k \\

(j

=

1,

2,

. .. , п;

k

=

1, 2, . .

р),

С

=

\\сы \\

=

1,

2,

... ,

р; I =

= 1 , 2 , . . . ,

г),

то

элем ент

du

м атрицы

(Л В )С

в силу

(1.4)

равен

da = E 2 = i ( E ? = 1 a ijb jk jS • см,

а

элемент d!u

м атрицы

(A B ) C

равен

d'u =

Y lj = i aij

 

 

= i bjkCki) , но

тогда

равенство dit

=

 

d'u вы тека­

ет из возм ож ности изм енения порядка сум м ирования относительно j

и к.

 

 

 

 

Вопрос

о перестановочном свойстве

произведения м атрицы

А

на

м атрицу В

имеет смысл ставить лиш ь

д л я квад р атн ы х м атриц

А

и

В одинакового порядка (ибо, как указы валось выш е, только д л я таких м атриц Аж В оба произведения А В жВ А определены и являю тся м ат­

рицам и одинаковы х порядков). Э лем ентарны е прим еры

показы ваю т,

что произведение

двух квадрат ны х

м а т р и ц

одинакового

порядка не

обладает , вообще

говоря, перест ановочны м

свойст вом .

В

самом

де­

 

 

О

1

0

о

=

1

0

ле, если полож ить А

=

то А В

0

0

 

 

О

О

1

о

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

а В А =

1

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

16 ГЛ. 1. МАТРИЦЫ И ОПРЕДЕЛИТЕЛИ

Здесь мы укаж ем , однако, важ н ы е частны е случаи, в которы х спра­

ведливо перестановочное свойство *).

С реди квад р атн ы х м атриц

вы делим класс так назы ваем ы х диаго­

н а л ь н ы х м атриц, у каж дой из

которы х элем енты , располож енны е вне

главной диагонали, равны нулю . К а ж д а я

ди агон альн ая м атри ц а по­

р яд ка п имеет вид

 

 

di

0 . ..

0

0

d2 . ..

0

D =

 

 

0

0 .

dn

где d i, б?2 , ... , dn — какие угодно числа. Л егко видеть, что если все эти

числа равны м еж ду собой, т. е. d\ — d2 . .. =

dn = d, то д л я лю бой

квадратн ой м атрицы А порядка п справедливо

равенство A D = D A .

В самом деле, обозначим символами с^- и с - элем енты , стоящ ие на пе­

ресечении г-й строки и j - го столбца м атриц A D

и D A соответственно.

Тогда из равенства (1.4) и из вида м атрицы D получим, что

 

Cij ct'ij d j d i j d , ^ij d%a^2

d d i j ,

( 1.6)

T. e. d j = c'ij.

С реди всех диагональны х м атриц (1.5) с совпадаю щ им и элемента­

ми d\ — d2 = . .. = dn особо важ ную

роль

играю т две

м атрицы .

П ервая из этих м атриц получается при d

1,

назы вается

единичной

м а т рицей п -го порядка и обозначается символом Е . В торая м атрица

получается при d — 0, назы вается

нулевой м а т рицей п -го порядка и

обозначается символом О. Таким образом,

 

 

 

i

0 ....

0

 

0

0

....

0

0

1 ....

0

О =

0

0

....

0

Е =

 

 

,

 

 

 

 

0

0

.,..

1

 

0

0

.,..

0

В силу доказанного вы ш е А Е

= Е А

и А О

=

О А . Более того, из

ф орм ул (1.6) очевидно, что

 

 

 

 

 

 

А Е

=

Е А

= Л,

А О

= О А

=

О.

(1.7)

П ервая из ф орм ул (1.7) характеризует особою роль единичной м ат­ рицы Е , аналогичную той роли, которую играет число 1 при пере­ м нож ении вещ ественны х чисел. Ч то ж е касается особой роли нулевой1

1) Две матрицы, для произведения которых справедливо перестановочное свойство, принято назы вать коммутирующими.

1. МАТРИЦЫ

 

 

17

м атрицы О, то ее вы явл яет не только

вторая

из

ф орм ул

(1.7), но и

элементарно проверяем ое равенство 2)

А + О

=

О + А =

А .

В заклю чение зам етим , что понятие нулевой м атрицы м ож но вво­

дить и д л я н еквадратн ы х м атриц (нулевой н азы ваю т лю бую матрицу,

все элем енты которой равны нулю ).

3.

Б л о ч н ы е м а т р и ц ы . П редполож им , что некоторая м атри ц а

А =

\\aij\\ при помощ и горизонтальны х и вертикальны х прям ы х р аз­

бита на отдельны е прям оугольны е клетки, к аж д ая из которы х пред­ ставляет собой м атрицу меньш их разм еров и назы вается блоком ис­

ходной м атрицы . В таком случае возникает возм ож ность рассм отрения

исходной м атрицы А как некоторой новой

(так назы ваем ой

блочной)

м атрицы А =

||Асщ||, элементами А ар которой служ ат указанны е бло­

ки. У казанны е

элем енты

мы

обозначаем

больш ой латинской буквой,

чтобы подчеркнуть, что они являю тся, вообщ е говоря, м атрицам и,

а

не числам и и (как обы чны е числовы е элем енты )

снабж аем двум я ин­

дексам и, первы й из которы х

указы вает

номер

«блочной»

строки,

а

второй — номер «блочного» столбца. Н априм ер, м атрицу

 

 

 

а ц

«12

«13

<214

:

а 15

«16

 

 

 

«21

«22

«23

«24

«25

«26

 

 

 

«31

«32

«33

«34

:

«35

«36

 

 

 

«41

«42

«43

<244

:

<245

«46

 

 

 

«51

«52

«53

«54

:

«55

«56

 

 

м ож но рассм атри вать как блочную м атрицу А

м ентами которой служ ат следую щ ие блоки:

_

«11

«12

«13

«14

,

А 1 2

 

«21

«22

«23

«24

 

 

 

 

 

«31

«32

«33

«34

 

 

 

=

«41

«42

«43

<244

,

А 2 2

=

 

«51

«52

«53

«54

 

 

 

А и

А\2

эле-

А21

А 22

 

«15 «16 «25 «26

«35 «36 «45 «46 «55 «56

Зам ечательн ы м явл яется тот ф акт, что основные операции с блоч­ ными м атрицам и соверш аю тся по тем ж е правилам , по которы м они

2) Это равенство является прямым следствием формулы (1.2).

2 В .А . И л ьи н , Э .Г. П о зн я к

18 ГЛ. 1. МАТРИЦЫ И ОПРЕДЕЛИТЕЛИ

соверш аю тся с обы чны ми числовы м и м атрицам и, только в роли эле­

м ентов вы ступаю т блоки.

В самом деле, элементарно проверяется, что если м атри ц а А =

= \\cLij\\ явл яется блочной и имеет блочны е элем енты А а/з, то при том ж е разбиении на блоки м атрице ЛА = ||А а^|| отвечаю т блочны е эле­ м енты \ А ар 3) .

С толь ж е элементарно проверяется, что если м атрицы Аж В име­ ют одинаковы е порядки и одинаковы м образом разби ты на блоки, то

сумме м атриц А ж В отвечает блочная м атри ц а с элементами

С ар =

= A afз +

B afз (здесь А ар жВ ар — блочны е элем енты м атриц А

ж В ).

П усть,

наконец,

А ж В — две блочны е

м атрицы такие, что

число

столбцов

каж дого блока А ар равно числу

строк блока В ар (так что

при лю бы х а , /? и д

определено произведение м атриц А ар В р 7). Тогда

произведение С =

А В представляет собой м атрицу с элементами С а 7 ,

определяем ы м и ф орм улой

 

 

^ ^ A afi В . /з

Д л я доказательства этой ф орм улы достаточно расписать левую и п ра­ вую ее части в терм инах обы чны х (числовых) элем ентов м атриц Аж В

(предоставляем это сделать читателю ).

В качестве прим ера прим енения блочны х м атриц остановимся на

понятии так назы ваем ой прям ой сум м ы квад р атн ы х м атриц.

П рям ой сум м ой двух квад р атн ы х м атриц А ж В порядков ш и п соответственно назы вается к в ад р атн ая блочная м атри ц а С порядка

А

О

 

т + п, р ав н ая С

. Д л я обозначения прям ой сум м ы м ат­

О

В

 

риц А жВ используется запись С =

А ® В .

И з определения прям ой суммы

м атриц А ж В очевидно, что эта

сумма, вообщ е говоря, не обладает перестановочны м свойством. О дна­

ко элементарно проверяется справедливость сочетательного свойства:

0 В ) 0 С = А 0 0 С ).

С помощ ью свойств операций н ад блочны м и м атрицам и легко про­ веряю тся следую щ ие ф орм улы , устанавливаю щ ие связь м еж ду опера­

цией прям ого сум м ирования и операциям и

обы чного слож ения и пе­

рем нож ения матриц:

 

 

 

(А т 0 А п ) + (В т 0 В п ) — (А т

+

В т ) 0 (А п + В п),

 

(А т 0 И п) (В т 0 В п) =

А ШВ Ш 0 А пВ п

3)

При этом блочные элементы \ А а р

сами вычисляю тся по правилу умноже­

ния матрицы А а р на число Л.

 

 

§ 2. ОПРЕДЕЛИТЕЛИ

19

(в этих ф орм улах А ш и В т — произвольны е квадратн ы е м атрицы по­ ряд ка ш , а А п и ^ — произвольны е квадратн ы е м атрицы порядка п). П роверку этих ф орм ул мы предоставляем читателю .

§2. О п р е д е л и т е л и

Целью настоящ его п ар а гр аф а явл яется построение теории опреде­ лителей лю бого порядка п. Х отя читатель (из курса аналитической

геометрии) уж е знаком с определителям и второго и третьего поряд ­

ков, мы будем вести излож ение так, чтобы избеж ать каких-либо ссы ­ лок. Знаком ство с определителям и второго и третьего порядков разве лиш ь облегчит восприятие излагаем ого ниж е м атериала.

1. П о н я т и е о п р е д е л и т е л я . Рассм отрим произвольную к в ад р ат ­

ную м атрицу лю бого порядка п :

 

 

 

а ц

«12

«1п

А =

«21

«22

«2п

 

 

 

 

«п1

«п2

• • • «пп

С каж дой такой м атрицей свяж ем вполне определенную численную характеристику, назы ваем ую определителем , соответствую щ им этой м атрице. Если порядок п м атрицы (1.8) равен единице, то эта м атри ц а состоит из одного элемента а ц и определителем первого порядка, со­ ответствую щ им такой м атрице, мы назовем величину этого элемента. Если далее порядок п м атрицы (1.8) равен двум, т. е. если эта м атри ц а имеет вид

 

 

 

Д _

 

«11

«1 2

(1.9)

 

 

 

 

 

«21

а 22

 

 

 

 

 

 

то определителем

второго порядка, соответствую щ им такой м атрице,

назовем число, равное щ 1 * 2 2 2

— *2 1 2 « 2

1 и обозначаемое одним из сим-

волов 4) Д =

det А =

<2п

«12

. И так, по определению

 

«21

«2 2

 

 

 

 

 

 

 

Д

=

det И

 

« 1 1

a i 2

— ^ца22 —ai2a2i-

(1. 10)

 

«21

&22

 

 

 

 

 

 

Ф орм ула (1.10) представляет собой правило составления определителя второго порядка по элементам соответствую щ ей ему м атрицы . С ловес­

4) В отличие от матрицы для обозначения определителя употребляю т не сдво­ енные, а одинарные черточки.

2*

20 ГЛ. 1. МАТРИЦЫ И ОПРЕДЕЛИТЕЛИ

н ая ф орм улировка этого п рави ла такова: определитель второго поряд ­

ка, соответствую щ ий м атрице (1.9), равен разности произведения эле­ ментов, стоящ их на главной диагонали этой м атрицы , и произведения элементов, стоящ их на побочной ее диагонали 5) .

В дальнейш ем излож ении мы будем говорить об элементах, стро­ ках или столбцах определителя, подразум евая под этим и терм инам и

соответственно элементы , строки или столбцы отвечаю щ ей этому опре­

делителю м атрицы .

П ерейдем теперь к вы яснению понятия определителя лю бого по­ р яд ка п , где п ^ 2. П онятие такого определителя мы введем и ндуктив­

но, считая, что нами уж е введено понятие определителя порядка п —1,

соответствую щ его произвольной квад ратн ой

м атрице порядка п — 1.

Д оговорим ся

назы ват ь м инором любого

элем ент а ац м а т р и ­

цы п - го порядка (1.8) определит ель порядка п — 1,

соот вет ст вую щ ий

т ой м а т р и ц е , которая получает ся из м ат рицы

(1.8) в результ а т е

вы черкивания i -й

ст роки и j -го ст олбца (той

строки и того столбца,

на пересечении которы х стоит элем ент а ц ). М инор элемента ац будем

обозначать символом М j . В этом обозначении верхний индекс обозна­ чает номер строки, ниж ний — номер столбца, а черта н ад М означает, что указанны е строка и столбец вы черкиваю тся.

О пределит елем порядка п, соот вет ст вую щ им м ат рице (1.8), на ­

зовем

ч исло , равное

 

I ) 11+ i a i j M j

и обозначаемое сим волом

 

 

 

 

«11

«12

. . .

«1п

 

 

Д =

det А =

«21

«22

CL2n

 

 

 

 

 

( l . i i )

 

 

 

 

«п1

«п2

• • •

^nn

И так, по определению

 

 

 

 

 

 

a n

«12

«1п

 

 

 

Д

= detH =

«21

<222

«2п

=

5 3

( - 1 ) 1 + ja i j M ) . (1.12)

 

 

 

 

 

«nl

«п2

• • • «пп

 

3 = 1

 

 

 

 

 

 

Ф орм ула (1.12) представляет собой правило составления определителя порядка п по элементам первой строки соответствую щ ей ему м атрицы

5)Напомним, что главной диагональю квадратной матрицы называется диа­

гональ, идущ ая из левого верхнего в правый нижний угол (т. е. в случае матри­ цы (1.9) — 0-110-22), а побочной —диагональ, идущ ая из левого нижнего в правый верхний угол (т. е. в случае матрицы (1.9) — 021012)-