Begrepp :: Determinanten



Relevanta dokument
Subtraktion. Räkneregler

Linjär Algebra M/TD Läsvecka 3

M = c c M = 1 3 1

En ideal op-förstärkare har oändlig inimedans, noll utimpedans och oändlig förstärkning.

Version Linjär algebra kapiltet från ett ODE-kompendium. Mikael Forsberg

c) Sarrus regel ger L6.2 Hur många lösningar har ekvationssystemen?

Matriser. En m n-matris A har följande form. Vi skriver också A = (a ij ) m n. m n kallas för A:s storlek. 0 1, 0 0. Exempel 1

Självkoll: Ser du att de två uttrycken är ekvivalenta?

Föreläsningsanteckningar Linjär Algebra II Lärarlyftet

Repetitionsuppgifter i Matematik inför Basår. Matematiska institutionen Linköpings universitet 2014

Linjär algebra. Lars-Åke Lindahl

Vektorgeometri för gymnasister

Determinanter, egenvectorer, egenvärden.

Avsnitt 4, Matriser ( =

Basbyte (variabelbyte)

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Onsdagen 29 oktober, 2014

Dagens program. Repetition Determinanten Definition och grundläggande egenskaper

Abstrakt algebra för gymnasister

Javisst! Uttrycken kan bli komplicerade, och för att få lite överblick över det hela så gör vi det så enkelt som möjligt för oss.

a), c), e) och g) är olikheter. Av dem har c) och g) sanningsvärdet 1.

LÖSNINGAR TILL UPPGIFTER TILL RÄKNEÖVNING 1

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI Delkurs

1 Positivt definita och positivt semidefinita matriser

Föreläsning 3.1: Datastrukturer, en översikt

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Senaste revideringen av kapitlet gjordes , efter att ett fel upptäckts.

Diagonalisering och linjära system ODE med konstanta koe cienter.

Linjära ekvationssystem. Avsnitt 1. Vi ska lära oss en metod som på ett systematiskt sätt löser alla linjära ekvationssystem. Linjära ekvationssystem

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

Vektorgeometri för gymnasister

M0043M Integralkalkyl och Linjär Algebra, H14, Linjär Algebra, Föreläsning 11

Objective:: Linjärt beroende och oberoende version 1.0

Sammanfattningar Matematikboken Z

DE FYRA RÄKNESÄTTEN (SID. 11) MA1C: AVRUNDNING

Moment 5.5 Övningsuppgifter I 5.60a. 5.60b, 5.60.c, 61

Flera kvantifierare Bevis Direkt bevis Motsägelse bevis Kontrapositivt bevis Fall bevis Induktionsprincipen. x y (x > 0) (y > 0) xy > 0 Domän D = R

Låt eleverna öva på att dra slutsatser om textens handling genom att leta ledtrådar i texten.

8-4 Ekvationer. Namn:..

1. Ekvationer 1.1. Ekvationer och lösningar. En linjär ekvation i n variabler x 1,..., x n är en ekvation på formen. 2x y + z = 3 x + 2y = 0

Permutationer med paritet

MVE022 Urval av bevis (på svenska)

Kompletterande lösningsförslag och ledningar, Matematik 3000 kurs A, kapitel 6

Exempelsamling :: Vektorintro V0.95

Kompletterande lösningsförslag och ledningar, Matematik 3000 kurs B, kapitel 1

Sidor i boken , , 3, 5, 7, 11,13,17 19, 23. Ett andragradspolynom Ett tiogradspolynom Ett tredjegradspolynom

NYNÄSHAMNS GYMNASIUM El-programmet

NMCC Sigma 8. Täby Friskola 8 Spets

Linjär algebra/matematik. TM-Matematik Mikael Forsberg ma014a, ma031a

någon skulle föreslå, att ur våra räkningar utesluta tecknet "j/, så att man t. ex. skulle skriva lösningen av

1. Skriv = eller i den tomma rutan, så att det stämmer. Motivera ditt val av tecken.

Matematik Åk 9 Provet omfattar stickprov av det centrala innehållet i Lgr b) c) d)

EXEMPEL OCH LÖSNINGAR I LINJÄR ALGEBRA II

Algebra, polynom & andragradsekvationer en pampig rubrik på ett annars relativt obetydligt dokument

MATRISTEORI. Pelle Pettersson MATRISER. En matris är ett rektangulärt schema med tal, reella eller komplexa, vilka kallas matrisens

Linjär Algebra M/TD Läsvecka 2

Carl Olsson Carl Olsson Linjär Algebra / 18

Enhetsvektorer. Basvektorer i två dimensioner: 1 1 Basvektorer i tre dimensioner: Enhetsvektor i riktningen v: v v

Mer om linjära ekvationssystem

Några saker som jag inte hann: Ur trigonometriska ettan kan vi uttrycka och i termer av. Vi delar båda led i trig. 1:an med :

1 Aylas bil har gått kilometer. Hur långt har den (2) gått när hon har kört en kilometer till?

Programmeringsolympiaden 2012 Kvalificering

Lennart Carleson. KTH och Uppsala universitet

52101 Utforska siffror

TAIU07 Matematiska beräkningar med Matlab

Skriv ut korten. Laminera dem gärna. Då håller de längre och kan användas om igen. Klipp ut dem och lägg de röda respektive de gröna i var sin ask.

Lektionsanteckningar 2: Matematikrepetition, tabeller och diagram

Uppgift 1 ( Betyg 3 uppgift )

4.2. Vektorprodukt i koordinater

MATEMATIK, LINJÄR ALGEBRA för E1, lp

November 17, 2015 (1) en enda lsg. Obs det A = 1 0. (2) k-parameter lsg. Obs det A = 0. k-kolonner efter sista ledande ettan

Mer om analytisk geometri

DOP-matematik Copyright Tord Persson. Potensform. Uppgift nr 10. Uppgift nr 11 Visa varför kan skrivas = 4 7

. (2p) 2x + 2y + z = 4 y + 2z = 2 4x + 3y = 6

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförsag till modelltentamen

Moment Viktiga exempel Övningsuppgifter

Determinanten och dess geometriska betydelse

Grafer och grannmatriser

Här är ett antal uppgifter, en del tagna från gamla tentamina, som handlar om basbyte. respektive B = uttryckta i basen A

1. (Dugga 1.1) (a) Bestäm v (3v 2u) om v = . (1p) and u =

DOP-matematik Copyright Tord Persson Potenser. Matematik 1A. Uppgift nr 10 Multiplicera

Linjära ekvationssystem

Inledning...3. Kravgränser Provsammanställning...22

Svar och arbeta vidare med Student 2008

UPPGIFT 2 KVADRATVANDRING

Linjära ekvationssystem

FÖRELÄSNING 1 ANALYS MN1 DISTANS HT06

Kängurutävlingen Matematikens Hopp 2001

Multiplikation genom århundraden

8-1 Formler och uttryck. Namn:.

Inlämningsuppgift 1. 1/ Figuren visar ett energischema för Ulla som går uppför en trappa. I detta fall sker en omvandling av energi i Ullas muskler.

Linjär algebra F1 Ekvationssystem och matriser

Datorlaboration :: 1 Problembeskrivning ::

Uppgift 2 Betrakta vädret under en följd av dagar som en Markovkedja med de enda möjliga tillstånden. 0 = solig dag och 1 = regnig dag

TATA42: Föreläsning 10 Serier ( generaliserade summor )

November 6, { b1 = k a

Lathund algebra och funktioner åk 9

Uppgift 1 ( Betyg 3 uppgift )

Innehåll. 1 Linjärt ekvationssystem (ES) 5. 2 Grundläggande algebra 13

Ovningsbankens Handbollspaket Styrketräning

Procedurell grottgenerator och eld i GLSL. Marcus Widegren

Transkript:

c Mikael Forsberg 2008 1 Begrepp :: Determinanten Rekursiv definition :: Kofaktorutveckling Låt oss börja definiera determinanten för en 1 1 matris A = (a). En sådan matris är naturligtvis bara ett vanligt tal. Determinanten definierar vi som talet själv, dvs det A = a (Eftersom sådan matriser helt enkelt är våra vanliga tal så är sådana matriser egentligen fåniga men fyller ett syfte i att beskriva hur determinanter beräknas med kofaktorutveckling.) Låt oss nu betrakta en 2 2matris B = b11 b 12. b 21 b 22 Vi definierar nu determinanten av B m.h.a. s.k. kofaktorutveckling längs första raden. Med ord så får vi: determinanten är b 11 gånger determinanten för den matris som vi får om vi tar bort rad och kolonn som b 11 står i, vilket blir 1 1 matrisen (b 22 ) s determinant, dvs talet b 22. Sedan skall vi lägga till b 12 gånger determinanten för den matris vi får om vi stryker rad och kolonn som b 12 står i, dvs talet b 21. Detta är ganska omständigt men blir enklare om vi sammanfattar med följande det B = ( 1) 1+1 b 11 b 22 + ( 1) 1+2 b 12 b 21 = b 11 b 22 b 12 b 21 Notera hur tecknena följer som potenser av 1, där en jämn potens blir positiv och en udda potens blir negativ. Den omständiga beskrivningen i ovan kan vidgas till 3 3matriser. Låt c 11 c 12 c 13 C = c 21 c 22 c 23. c 31 c 32 c 33 Om vi gör kofaktorutveckling så låter det som tidigare: första elementet gånger determinanten för den matris vi får genom att ta bort rad och kolonn som första elementent står i osv. Vi skriver det som följer: det C = ( 1) 1+1 c 11 det c22 c 23 + ( 1) 1+2 c21 c c c 32 c 12 det 23 + ( 1) 1+3 c21 c c 33 c 31 c 13 det 22 33 c 31 c 32 Det är dessa deldeterminanter tillsammans med tecknet som kallas för kofaktorer, och som givit upphov till namnet kofaktorutveckling. Med följande beteckning blir uttrycket enklare att skriva ned: C 12 = ( 1) 1+2 c21 c det 23 c 31 c 33 På samma sätt får vi C ij som ( 1) i+j gånger determinanten för den matris som återstår om vi stryker rad i och kolonn j. Och det C kan nu skrivas det C = c 11 C 11 + c 12 C 12 + c 11 C 12

c Mikael Forsberg 2008 2 Exempel 1. Låt C = 2 1 1 1 1 3. 2 5 2 Då får vi att determinanten blir 1 3 1 3 det C = 2 1 5 2 2 2 + ( 1) 1 1 = 2 5 2 ( 2 15) (2 + 6) (5 2) = 17 8 3 = 45. Notera att man får utveckla längs vilken rad eller kolonn som man själv vill. Detta kan vara gynnsamt i vissa fall. En tumregel är att kofaktorutveckla längs en rad som det finns nollor i, ju fler desto bättre. Följande exempel illustrerar detta! Exempel 2. Betrakta följande 4 4 matris: 2 1 0 1 D = 1 1 0 3 1 1 1 1 2 5 0 2 I detta fall ser vi att kolonn 3 har många nollor, vilket gör det fördelaktigt att utveckla längs denna kolonn: det D = 0 C 13 + 0 C 23 + 1 C 33 + 0 C 43 = 2 1 1 = ( 1) 3+3 1 1 3 = 45. 2 5 2 där vi i den sista likheten noterar att matrisen är samma som matrisen C i förra exemplet. Determinantberäkning med Gausselimination Determinanten kan även beräknas mha Gausselimination. Att detta är en framkomlig beräkningsväg beror på att enkla radoperationer inte förändrar determinantens värde och att determinanten för den triangulära matris som vi får från Gausseliminationen är lätt att beräkna. Vad man dock måste hålla rätt på är radbyten (som ger ett teckenbyte för determinanten) och multiplikation av en rad med en konstant (som förändrar determinantens värde med den konstanten). Faktum 1 :: determinanten till triangulär matris En triangulär matris är en matris på formen a 11 a 12 a 1n 0 a 22 a 2n T =...... 0 0 0 a nn Nollor nedanför huvuddiagonalen alltså. Ovanför och på diagonalen kan vi ha vilka tal som helst. Determinanten för en triangulär matris är produkten av diagonalelementen: det T = a 11 a 22 a nn

c Mikael Forsberg 2008 3 Exempel 3. Determinanten för matrisen A = 2 2 3 0 5 7 0 0 8 blir det A = 2 ( 5) 8 = 80 Faktum 2 :: determinanten och radoperationer Följande räkneregler måste man behärska när man ska beräkna determinanter med Gausselimination. 1. När man multiplicerar en rad med ett tal och adderar resultatet till en annan rad så får man en ny matris som har samma determinant som den ursprungliga matrisen. 2. Om man byter plats på två rader får man en ny matris vars determinant har samma absolutbelopp men har motsatt tecken. 3. Om man multiplicerar en rad i matrisen A med talet k så får man en ny matris B vars determinant uppfyller det B = k det A Låt oss se detta in action: Exempel 4. Vi beräknar determinanten till följande matris 3 2 1 M = 2 6 4 med hjälp av Gausselimination. Strategin är att Gausseliminera som vanligt och sedan använda de bokförda operationerna för att följa hur determinanten förändras med dem. 3 2 1 2 6 4 (1/2) 3 2 1 1 3 2 1 3 2 3 5 3 2 1 + 5 2 3 5 2 3 5 2 3 + 1 3 2 0 7 7 ( 1/7) 0 17 13 1 3 2 0 1 1 0 17 13 17 + 1 0 3 1 2 1 0 0 4 Gausseliminering ger oss alltså en kedja av matriser M, M 1, M 2, M 3, M 4, M 5, räknade från vänster till höger uppifrån och ned. I varje steg måste vi noga använda oss av våra tre ovanstående regler för att bokföra hur determinanten för matriserna i kedjan förhåller sig till varandra. Den sista matrisen M 5 s determinant är lätt att beräkna (produkten av diagonalelementen) och vi behöver använda alla bokförda förändringar till att få fram determinanten för M. Vi har att det M 1 = 1 2 det M, det M 2 = det M 1, det M 3 = det M 2, det M 4 = 1 7 det M 3 och det M 5 = det M 4. Determinanten för M kan vi lösa ut från ovanstående det M = 2 det M 1 = 2 det M 2 = 2 det M 3 = 2 7 det M 4 = 14 det M 5 = 14 ( 4) = 56

c Mikael Forsberg 2008 4 Sarrus regel 2 2 och 3 3matrisers determinanter kan beräknas med den så kallade Sarrus regel, dvs den metod som beskrivs på sidan 191 (eller s. 207) (texten före uppgifterna 1518 i kapitel 3.1) i Lay och på sidorna 115116 kring figur 2.4.2 i Anton och Rorres. I de flesta fall så är denna metod snabbare att använda än kofaktormetoden. Varning Sarrus regel gäller bara matriser vars format inte är större än 3 3. Det är alltså viktigt att komma ihåg att:: denna metod kan inte generaliseras till 4 4 matriser eller större. För sådana större matriser måste vi ta till kofaktorutvecklingen eller Gausselimination som gäller för matriser av godtyckligt kvadratiskt format p p. Hur man räknar ut determinanten med Sarrus regel :: Uppgift :: Beräkna determinanten till A = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Sarrus metod går ut på att man skriver upp matrisen och lägger till första och andra kolonnen som stöd till höger och drar pilar enligt figur. Pilarna indikerar att element skall multipliceras och tecknen anger om produkten skall adderas eller subtraheras i determinanten. 1 2 3 1 2 4 5 6 4 5 7 8 9 7 8 + + + Figure 1: Uppställning vid determinantberäkning med Sarrus regel. Pilarna indikerar att elementen längs pilen skall multipliceras med varandra, ett + efter pilen beyder att denna produkt skall adderas medan ett minus betyder att produkten ska subtraheras. För matrisen A så blir determinanten det A = +(1 5 9) + (2 6 7) + (3 4 8) (3 5 7) (1 6 8) (2 4 9) = = 45 + 84 + 96 105 48 72 = 225 225 = 0

c Mikael Forsberg 2008 5 Exempel 5. Vi tar ett till exempel (samma som vi använde för gausseliminationsmetoden). Denna matris innehåller negativa element vilket gör att man måste vara noggrann med att hålla rätt på tecknen. M = 2 6 4 3 2 1 I detta fall får vi uppställningen M = 2 6 4 3 2 1 2 6 3 2 5 2 Sarrus regel ger oss nu det M = +(3 6 3) + (2 4 ( 5)) + (( 1) 2 2) (( 1) 6 ( 5)) (3 4 2) (2 2 3) = = 54 40 4 30 24 12 = 56 Notera här alla paranteser för att hålla rätt på tecknen. Gör man inte det finns det risk att man gör ett teckenfel som då ger oss en felaktig determinant. Determinantberäkningar kommer ofta göras som ett viktigt steg mitt i en större uppgift. Ofta är det ett steg som sedan påverkar resten av beräkningen. Noggrannhet rekommenderas alltså starkt!!