Означення 2. Матриці і називаються переставними або комутативними, якщо .
Приклад 4.
Легко перевірити, що довільна квадратна і одинична матриці комутативні, і при цьому .
Приклад 5. Перевірити останню рівність, якщо
Можна показати, що множення матриць має такі властивості:
де – число;
.
Тут мається на увазі, що всі записані добутки матриць існують.
Приклад 6. Перевірити властивості 1-4, якщо число , а матриці такі:
, , С= .
Розглянемо поняття степеня квадратної матриці.
Означення 3. Квадратом матриці (позначається ) називається добуток , тобто .
Аналогічно вводиться .
Приклад 7. Для матриць і , де
, ,
довести, що , та знайти значення виразів.
Означення 4.Якщо - заданий многочлен і деяка квадратна матриця, то вираз
де - одинична матриця, називається многочленною матрицею.
Приклад 8. Для матриці
Знайти
Обчислити степені квадратних матриць:
9. . 10 . 11. .
12. . 13. . 14. .
Перемножити прямокутні матриці:
15. . 16. .
17. .
Знайти , якщо задана матриця і функція
Відповіді.
8. . 9. .
10. . 11. . 12. .
13. . 14. . 15. .
16. . 17. .
Визначник добутку матриць
Визначник квадратної матриці позначають (скорочення від латинської назви детермінант), або | |. Наприклад, якщо
то .
Теорема. Визначник добутку двох квадратних матриць -го порядку дорівнює добуткові їх визначників, тобто
, або . (1)
Рівність перевіримо для матриць другого порядку.
Приклад. Перевірити рівність (1) для таких матриць
Розв’язання.Обчислимо спочатку визначники заданих матриць та добуток їх
; ,
.
Знайдемо тепер добуток матриць і і теж обчислимо їх визначник
. .
Отже, .
Приклади.Знайти визначники матриць:
1. . 2 . 3. .
4. . 5. . 6. .
Для поданих матриць знайти їх добуток та обчислити визначники. Результат перевірити за допомогою теореми.
Відповіді. 1. -1. 2. 343. 3. . 4. 1. 5. . 6. .
7. 6,-6,-36. 8. -6, -33, 198.
Обернена матриця.
Поняття оберненої матриці розглянемо на прикладі квадратної матриці третього порядку, яке по аналогії можна буде узагальнити для матриць довільного порядку. Нехай
.
Означення 1. Матриця називається неособливою (невиродженою), якщо її визначник відмінний від нуля, тобто .
Якщо ж , то матриця називається особливою (виродженою).
Означення 2. Квадратна матриця називається оберненою до матри ці , якщо виконується рівність
(1)
тобто добуток цих матриць дорівнює одиничній матриці .
Теорема. Якщо матриця - неособлива ( ), то ця умова є необхідною і достатньою для існування оберненої матриці .
Доведемо необхідність. Нехай матриця має обернену , тобто . За теоремою про визначник добутку двох матриць маємо
, бо . (2)
Тому рівність (2) можлива тільки тоді, коли і .
Достатність.Нехай визначник матриці відмінний від нуля, тобто . Скорочено позначимо . Покажемо, як знайти обернену матрицю.
Для кожного з елементів матриці знайдемо відповідні їм алгебраїчні доповнення : , розмістивши їх у вигляді нової матриці відповідно розташуванню елементів в . Отримаємо
(3)
(див., розв’язаний в 1.5 приклад, де отримано матрицю із алгебраїчних доповнень разом з перевіркою вірності їх значень). Протранспонуємо матрицю , замінивши рядки стовпцями, отримаємо формулу оберненої матриці
. (4)
За допомогою теорем про розклад та анулювання для визначників третього порядку неважко перевірити, що .
Приклад 1. Знайти обернену матрицю до матриці
.