Вычисление ранга матрицы «методом окаймляющих миноров».

Правило вычисления ранга матрицы «методом окаймляющих миноров»: при вычислении ранга матрицы следует переходить от миноров меньших порядков к минорам юольших порядков. Если уже найден минор k-ого порядка D, отличный от нуля, то далее вычисляют только миноры (k+1)-ого порядка, окаймляющего минор D: если все они равны нулю, то ранг матрицы равен k.

Пример 79. Найти ранг матрицы: методом окаймляющих миноров.

Решение: Нетрудно заметить, что минор 2-го порядка: не равен нулю. Это значит, что ранг матрицы не меньше 2. Обозначим окаймляющие миноры 3-го порядка для этого минора:

  -1 -2
  -2
-1
     

а) выделенный минор 2-го порядка окаймляется столбцами 1, 2, 3 и строкой 3; б) минор относим к варианту окаймления i–строкой и j–столбцом.

Вычислим выделенные окаймляющие миноры.

  -2 1 шаг -2 2 шаг -2  
d33 -1 = 0, т.к. строки 2 и3 пропорциональны
      -2  

1-й шаг: 3C-1С; 2-й шаг: 3R-1R; 2R-1Rх2; 3-й шаг: видим, что определитель равен 0.

  -1 -2 1 шаг -1 -2 2 шаг -1 -2  
d32 -2 -2 -5 -1 = 0, т.к. строки 2 и3 пропорциональны
  -1   -1   -10 -2  

1-й шаг: 3C+1Сх2; 2-й шаг: 3R-1R; 2R-1Rх2; 3-й шаг: видим, что определитель равен 0.

  -2 1 шаг -2 2 шаг -2  
d31 -1 = 0, т.к. строки 2 и3 пропорциональны
      -2  

1-й шаг: 3C-1С; 2-й шаг: 3R-1R; 2R-1Rх2; 3-й шаг: видим, что определитель равен 0.

Т.к. все окаймляющие миноры 3-го порядка равны нулю, то ранг матрицы равен 2.

Ответ: Ранг матрицы равен 2.

Пример 80. Найти ранг матрицы: методом окаймляющих миноров.

Решение: Нетрудно заметить, что минор 2-го порядка: не равен нулю. Это значит, что ранг матрицы не меньше 2.

 

Обозначим окаймляющие миноры 3-го порядка для этого минора:

 

  -1
  -1 -3
-1
     

 

а) выделенный минор 2-го порядка окаймляется столбцами 3, 4 и строками 3, 4; б) минор относим к варианту окаймления i–строкой и j–столбцом.

Вычислим выделенные окаймляющие миноры 3-го порядка.

  1 шаг 2 шаг  
d33 -1 -3 -1 -3 -1 -3 = 0, т.к. строка 3 нулевая
  -1      

1-й шаг: 3R-2R х2; 2-й шаг: 3R-1R; 3-й шаг: видим, что определитель равен 0.

  -1 1 шаг -1 2 шаг -1  
d34 -1 -1 -1 = 0, т.к. строка 3 нулевая
    -1    

1-й шаг: 3R-2R х2; 2-й шаг: 3R-1R; 3-й шаг: видим, что определитель равен 0.

  1 шаг 2 шаг  
d43 -1 -3 -1 -2 -1 -2 = 0, т.к. строки 1 и3 пропорциональны
       

1-й шаг: 3С-2С; 3R-1R; 2-й шаг: 3R+2R; 1R +2R; 3-й шаг: видим, что определитель равен 0.

  -1 1 шаг 2 шаг  
d44 -1 -1 0
    -1 -3   -1 -3  

1-й шаг: 1R+3R; 3R-1R; 2-й шаг: 2R-3Rх4; 3-й шаг: видим, что определитель 0. Это значит, что ранг матрицы не меньше 3-х.

Вычислим единственный минор 4-го порядка (определитель матрицы).

-1 1 шаг -1 2 шаг -1        
-1 -3 -1 -2   3 шаг
-1 = -2 = 22 =41(-1)1+3
     

1-й шаг: 1С+4С; 3С-2С; 2-й шаг: вынесем за скобку множители 2 столбцов 1 и 3; 3-й шаг: 2R+1R; 3R +1R; 4R -1R; разложим определитель по 3-му столбцу. Видим, что определи-тель равен нулю, т.к. 1-я и 2-я его строки пропорциональны.

Значит, ранг матрицы равен 3.

Ответ: Ранг матрицы равен 3.

Решите примеры:

Пример 81. Найти ранг матрицы: методом окаймляющих миноров.

Ответ: Ранг матрицы равен 2.

Пример 82. Найти ранг матрицы: методом окаймляющих миноров.

Ответ: Ранг матрицы равен 3.

Вопросы для самопроверки:

1. В прямоугольной матрице 5 строк и 9 столбцов. Какому из чисел: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 может быть равен ранг матрицы?

2. Число независимых столбцов матрицы равно числу независимых строк. Почему?

3. В прямоугольной матрице 5 строк и 9 столбцов. Какое максимальное число окаймляющих миноров придется вычислить при нахождении ранга матрицы?