Главная › Лекции › Дмитрий Трушин (ВШЭ) — Линейная алгебра и геометрия

Матричные операции, системы линейных уравнений и обратимость

Лекция вводит основные операции с матрицами и показывает, как матричная запись связана с системами уравнений и элементарными преобразованиями.

ФКН ВШЭ — дистанционные занятия⏱ 79 минОткрыть на YouTube ↗
Пройти весь тест — 9 вопросов →

Бесплатно, нужен вход через Google. Готовый тест не тратит часовой лимит.

О чём лекция

Лекция начинается с определения матрицы и операций над ней: сложения матриц одинакового размера, умножения на число и матричного умножения. Для произведения число столбцов левой матрицы должно совпадать с числом строк правой; его элементы вычисляются как суммы попарных произведений элементов строки и столбца. Также вводятся транспонирование и след квадратной матрицы. Рассматриваются свойства операций: умножение матриц ассоциативно и распределяется относительно сложения, но обычно не коммутативно. Умножение на диагональную матрицу масштабирует строки или столбцы, а единичная матрица не меняет произведение.

Систему линейных уравнений записывают компактно как Ax = b. При наличии решения все решения этой системы получаются прибавлением к частному решению решений однородной системы. Затем разбираются отличия матриц от чисел: произведение может зависеть от порядка множителей, а ненулевые матрицы могут давать нулевое произведение или обнуляться при возведении в степень. Обратная матрица определяется через произведение, равное единичной матрице; если она существует, решение Ax = b находится умножением b на A⁻¹. Элементарные матрицы соответствуют преобразованиям строк или столбцов. В завершение формулируется эквивалентность обратимости квадратной матрицы, существования левого и правого обратных, единственности нулевого решения однородной системы и представления матрицы произведением элементарных матриц.

Ключевые идеи

Примеры вопросов

Рассматривается вещественная матрица размера 2×3. Какое утверждение корректно описывает её структуру?

  1. AВ матрице 2 строки и 3 столбца могут находиться только целые числа
  2. BВ матрице 2 строки и 3 столбца, всего 6 вещественных элементов
  3. CВ матрице 2 строки и 3 столбца, всего 5 вещественных элементов
  4. DВ матрице 3 строки и 2 столбца, всего 6 вещественных элементов
Показать ответ

Верный ответ: B. Размер 2×3 задаёт два ряда и три столбца, поэтому элементов 2·3=6; вещественность означает, что каждый элемент является вещественным числом.

Пусть дана матрица A = [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]. Какая матрица является транспонированной к A, если при транспонировании строки исходной матрицы становятся столбцами, а столбцы — строками?

  1. A[[1, 2], [3, 4], [5, 6]]
  2. B[[6, 5, 4], [3, 2, 1]]
  3. C[[1, 4], [2, 5], [3, 6]]
  4. D[[1, 4, 2], [5, 3, 6]]
Показать ответ

Верный ответ: C. При транспонировании каждый элемент сохраняет значение, но меняет положение: элемент из строки i и столбца j переходит в строку j и столбец i. Поэтому первая строка становится первым столбцом.

Пройти весь тест — 9 вопросов →

Свой тест по любой лекции

Вставьте ссылку на видео — LearnReplay сделает тест на понимание.

Создать тест →