Het oplossen van stelsels lineaire vergelijkingen Wiskunde 2, 2DM60 College 2b



Vergelijkbare documenten
Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra (2DD12)

Stelsels lineaire vergelijkingen

Matrixoperaties. Definitie. Voorbeelden. Een matrix is een rechthoekig array van getallen, die kentallen of elementen heten.

Lineaire Algebra voor ST

Stelsels Vergelijkingen

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Tentamen Lineaire Algebra voor ST (2DS06) op , uur.

Lineaire Algebra voor ST

De inverse van een matrix

Basiskennis lineaire algebra

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

Lineaire Algebra TW1205TI. I.A.M. Goddijn, Faculteit EWI 12 februari 2014

Lineaire Algebra voor ST

4.0 Voorkennis [1] Stap 1: Maak bij een van de vergelijkingen een variabele vrij.

Lineaire Algebra en Vectorcalculus 2DN60 College 5.a Basis en dimensie

Lineaire Algebra Een Samenvatting

3.2 Vectoren and matrices

WI1808TH1/CiTG - Lineaire algebra deel 1

Ruimtewiskunde. college. Stelsels lineaire vergelijkingen. Vandaag UNIVERSITEIT TWENTE. Stelsels lineaire vergelijkingen.

WI1808TH1/CiTG - Lineaire algebra deel 1

Hints en antwoorden bij de vragen van de cursus Lineaire Algebra en Meetkunde

Matrices en Grafen (wi1110ee)

Lineaire Algebra voor ST

Bekijk nog een keer het stelsel van twee vergelijkingen met twee onbekenden x en y: { De tweede vergelijking van de eerste aftrekken geeft:

Determinanten. , dan is det A =

Supplement Wiskunde 2017/2018. Inhoudsopgave

Lineaire Algebra voor ST

Uitwerking 1 Uitwerkingen eerste deeltentamen Lineaire Algebra (WISB121) 3 november 2009

x = b 1 x 1 , b = x n b m i,j=1,1 en een vector [x j] n j=1 m n a i,j x j j=1 i=1

3 Wat is een stelsel lineaire vergelijkingen?

vandaag is Annie twee jaar jonger dan Ben en Cees samen

Lineair voor CT College 2a. Echelon vorm 1.2 Duncan van der Heul

CTB1002 deel 1 - Lineaire algebra 1

Lineaire Algebra. Bovendriehoeks- en onderdriehoeks vorm: onder (boven) elke leidende term staan enkel nullen

Definities, stellingen en methoden uit David Poole s Linear Algebra A Modern Introduction - Second Edtion benodigd voor het tentamen Matrix Algebra 2

Blokmatrices. , I 21 = ( 0 0 ) en I 22 = 1.

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Tentamen Lineaire Algebra voor ST (2DS06) op , uur.

Tentamen Lineaire Algebra 1 (Wiskundigen)

UITWERKINGEN d. Eliminatie van a geeft d. Eliminatie van b,

CTB1002 deel 1 - Lineaire algebra 1

Lineaire Algebra WI1048WbMt. I.A.M. Goddijn, Faculteit EWI 4 september 2016

Eerste deeltentamen Lineaire Algebra A. De opgaven

Toepassingen op differentievergelijkingen

Matrixalgebra (het rekenen met matrices)

Bilineaire Vormen. Hoofdstuk 9

Lineaire Algebra voor ST

Coëfficiënten matrix = matrix waarin de rechterkolom geen oplossing van de vergelijking is. 1. Lineair systeem = Stelsel van lineaire vergelijkingen

Zomercursus Wiskunde. Lineaire algebra (versie 15 september 2008)

Tentamen Lineaire Algebra UITWERKINGEN

Dimensie van een deelruimte en rang van een matrix

Eerste deeltentamen Lineaire Algebra A

Lineaire Algebra voor ST

Vector-en matrixvergelijkingen. Figuur: Vectoren, optellen

Eindtermen Lineaire Algebra voor E vor VKO (2DE01)

PROEFEXAMEN LINEAIRE ALGEBRA donderdag 17 november 2011

Lineaire Algebra voor W 2Y650

FACULTEIT ECONOMIE EN BEDRIJFSKUNDE Afdeling Kwantitatieve Economie

Aanvullingen bij Hoofdstuk 8

TENTAMEN LINEAIRE ALGEBRA 1 donderdag 23 december 2004,

Lineaire algebra toegepast

Zomercursus Wiskunde. Module 16 Lineaire algebra B (versie 22 augustus 2011)

Vragen, samenvattingen en uitwerkingen Lineaire algebra 1 - UvA

Matrices en Stelsel Lineaire Vergelijkingen

Hoofdstuk 1 : Vectoren (A5D)

Lineaire Algebra voor ST

Vierde huiswerkopdracht Lineaire algebra 1

Hoofdstuk 3. Matrices en stelsels. 3.1 Matrices. [[1,7]],[[12,8] ] of [ 1, 7; 12,8 ] bepaalt de matrix

Examenvragen Hogere Wiskunde I

ONBETWIST ONderwijs verbeteren met WISkunde Toetsen Voorbeeldtoetsen Lineaire Algebra Deliverable 3.10 Henk van der Kooij ONBETWIST Deliverable 3.

Lineaire Algebra voor ST

Jordan normaalvorm. Hoofdstuk 7

11.0 Voorkennis V

Lineaire Algebra voor ST

Tentamen lineaire algebra voor BWI dinsdag 17 februari 2009, uur.

Antwoorden op de theoretische vragen in de examen voorbereiding

Kies voor i een willekeurige index tussen 1 en r. Neem het inproduct van v i met de relatie. We krijgen

Determinanten. Definities en eigenschappen

Stelsels lineaire vergelijkingen

Zomercursus Wiskunde. Module 3 Lineaire algebra A (versie 22 augustus 2011)

Lineaire Algebra (wi2142tn) Les 5: Determinanten. Joost de Groot Les 5. Faculteit EWI, Toegepaste Wiskunde. Technische Universiteit Delft

Tentamen lineaire algebra voor BWI maandag 15 december 2008, uur.

1 Eigenwaarden en eigenvectoren

Inleiding in de lineaire algebra

b + b c + c d + d a + a

Complexe eigenwaarden

Lineaire vergelijkingen II: Pivotering

2 De Jordannormaalvorm voor lineaire transformaties

2 De Jordannormaalvorm van een lineaire transformatie

Uitwerkingen Lineaire Algebra I (wiskundigen) 22 januari, 2015

Ruimtewiskunde. college. De determinant en lineaire afbeeldingen. Vandaag. De determinant van een matrix. Toepassing: oppervlakte en inhoud

OPLOSSINGEN PROEFEXAMEN LINEAIRE ALGEBRA donderdag 18 november 2010

a) Bepaal punten a l en b m zó dat de lijn door a en b parallel is met n.

1.1 Oefen opgaven. Opgave Van de lineaire afbeelding A : R 3 R 3 is gegeven dat 6 2, 5 4, A 1 1 = A = Bepaal de matrix van A.

M1 Wiskundig taalgebruik en notaties

te vermenigvuldigen, waarbij N het aantal geslagen Nederlandse munten en B het aantal geslagen buitenlandse munten zijn. Het resultaat is de vector

Hoofdstuk 9. Vectorruimten. 9.1 Scalairen

Functies van vectoren

Lineaire Algebra voor W 2Y650

Lineaire Algebra en Vectorcalculus 2DN60 College 4.b.1 Orthogonaliteit en de meetkunde van lineaire systemen

Transcriptie:

Het oplossen van stelsels lineaire vergelijkingen Wiskunde 2, 2DM60 College 2b Ruud Pellikaan g.r.pellikaan@tue.nl /k 2014-2015

Lineaire vergelijking 2/64 DEFINITIE: Een lineaire vergelijking in de variabelen of onbekenden x 1,..., x n is van de vorm a 1 x 1 + + a n x n = b a j is de coëfficiënt van x j b heet de constante van de vergelijking VOORBEELD: x 1 x 2 + 5x 3 = 7

Stelsel lineaire vergelijkingen 3/64 DEFINITIE: Een stelsel lineaire vergelijkingen in de variabelen x 1,..., x n is van de vorm a 11 x 1 + + a 1n x n = b 1.. a i1 x 1 + + a in x n = b i.. a m1 x 1 + + a mn x n = b m a ij is de coëfficiënt van x j in de i-e vergelijking b i is de constante van de i-e vergelijking

Oplossing van stelsel vergelijkingen 4/64 DEFINITIE: Een oplossing van een stelsel is een toekenning van speciale waarden x 1 = s 1,..., x n = s n aan de onbekenden die aan de vergelijkingen voldoet. VOORBEELD: x 1 = 7, x 2 = 5, x 3 = 1 is een oplossing van x 1 x 2 + 5x 3 = 7

Stelsels lineaire vergelijkingen 5/64 DEFINITIE: Een stelsel heet homogeen indien b i = 0 voor alle i. DEFINITIE: Een oplossing heet triviaal indien de toekenning x i = 0 voor alle i een oplossing is. STELLING: Een stelsel is homogeen dan en slecht dan als het een triviale oplossing heeft.

Stelsels lineaire vergelijkingen 6/64 DEFINITIE: Twee stelsels lineaire vergelijkingen a 11 x 1 + + a 1n x n = b 1.. a m1 x 1 + + a mn x n = b m en /k c 11 x 1 + + c 1n x n = d 1.. c l1 x 1 + + c ln x n = d l in hetzelfde aantal variabelen heten equivalent indien ze precies dezelfde oplossingen hebben.

Stelsels lineaire vergelijkingen 7/64 VOORBEELD: { x1 + 2x 2 = 3 3x 1 + 4x 2 = 7 heeft x 1 = 1, x 2 = 1 als enige oplossing. 4x 1 + 6x 2 = 10 6x 1 + 8x 2 = 14 x 1 + x 2 = 2 heeft x 1 = 1, x 2 = 1 als enige oplossing. CONCLUSIE: beide stelsels zijn equivalent.

Consistent stelsel vergelijkingen 8/64 DEFINITIE: Een stelsel heet consistent als het een oplossing heeft. Een stelsel heet strijdig of inconsistent indien er geen oplossing is. VOORBEELD: { x1 + 2x 2 = 3 2x 1 + 4x 2 = 4 heeft geen oplossing, anders is 6 = 4.

Stelsels lineaire vergelijkingen 9/64 STELLING: Een stelsel lineaire vergelijkingen heeft de volgende drie mogelijkheden: (a) geen oplossingen (strijdig=inconsistent) (b) precies één oplossing (consistent) (c) oneindig veel oplossingen (consistent) VOORBEELD: (a) twee evenwijdige lijnen (b) twee lijnen snijden in één punt (c) twee samenvallende lijnen

Afhankelijk stelsel vergelijkingen 10/64 DEFINITIE: Een stelsel heet afhankelijk indien een vergelijking het gevolg is van de overige vergelijkingen. VOORBEELD: { x1 + 2x 2 = 3 2x 1 + 4x 2 = 6

Elementaire rij operaties 11/64 STELLING: Twee stelsels zijn equivalent indien de een uit de ander verkregen kan worden door de volgende drie elementaire rij operaties: 1. verwisselen van rijen 2. een rij vermenigvuldigen met een getal ongelijk nul 3. een rij bij een andere rij optellen OPMERKING: De omkering zal ook blijken te gelden. /k

De uitgebreide matrix 12/64 Neem weer het voorbeeld: 1 x 1 + ( 1) x 2 + 1 x 3 = 0 4 x 1 + 2 x 2 + 0 x 3 = 8 0 x 1 + 2 x 2 + 5 x 3 = 9 Laat de variabelen, plussen en gelijktekens weg Zet coëffieciënten en constanten in een uitgebreide matrix: 1 1 1 0 4 2 0 8 0 2 5 9

Vegen van een matrix 13/64 x 1 x 2 + x 3 = 0 4x 1 + 2x 2 + 0 = 8 0 + 2x 2 + 5x 3 = 9 x 1 x 2 + x 3 = 0 0 + 6x 2 + 4x 3 = 8 0 + 2x 2 + 5x 3 = 9 x 1 x 2 + x 3 = 0 0 + 0 19x 3 = 19 0 + 2x 2 + 5x 3 = 9 1 1 1 0 4 2 0 8 0 2 5 9 1 1 1 0 0 6 4 8 0 2 5 9 1 1 1 0 0 0 19 19 0 2 5 9

Vegen van een matrix 14/64 x 1 x 2 + x 3 = 0 0 + 0 + x 3 = 1 0 + 2x 2 + 5x 3 = 9 x 1 x 2 + x 3 = 0 0 + 2x 2 + 5x 3 = 9 0 + 0 + x 3 = 1 x 1 x 2 + 0 = 1 0 + 2x 2 + 0 = 4 0 + 0 + x 3 = 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 2 5 9 1 1 1 0 0 2 5 9 0 0 1 1 1 1 0 1 0 2 0 4 0 0 1 1

Vegen van een matrix 15/64 x 1 x 2 + 0 = 1 0 + 2x 2 + 0 = 4 0 + 0 + x 3 = 1 x 1 x 2 + 0 = 1 0 + x 2 + 0 = 2 0 + 0 + x 3 = 1 x 1 + 0 + 0 = 1 0 + x 2 + 0 = 2 0 + 0 + x 3 = 1 Dus x 1 = 1, x 2 = 2, x 3 = 1 is de unieke oplossing. 1 1 0 1 0 2 0 4 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 2 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 2 0 0 1 1

Vegen van een matrix 16/64 Voortaan wordt een stelsel lineaire vergelijkingen direct omgezet in de uitgebreide matrix en met deze matrix wordt geveegd. De vergelijkingen worden verder weggelaten

Elementaire rij operaties 17/64 STELLING: Twee stelsels zijn equivalent dan en slechts dan als de een uit de ander verkregen kan worden door de volgende drie elementaire rij operaties: 1. verwisselen van rijen 2. een rij vermenigvuldigen met een getal ongelijk nul 3. een rij bij een andere rij optellen OPMERKING: Dezelfde operaties kunnen ook op kolommen worden uitgevoerd maar dan zijn de vergelijkingen niet meer equivalent! /k

Gauss eliminatie en vegen van een matrix 18/64 Gauss eliminatie of vegen van een matrix 1 3 6 9 het element 1 wordt een spil genoemd 1 3 4 5 tel de eerste rij bij de tweede op 1 5 8 7 trek de eerste rij van de derde af 1 3 6 9 0 0 2 4 0 2 2 2 /k met een spil wordt de kolom schoon geveegd verwissel de tweede en derde rij 1 3 6 9 0 2 2 2 0 0 2 4

Vegen van een matrix 19/64 1 3 6 9 0 2 2 2 0 0 2 4 De matrix is in echelon of trap vorm. vermenigvulig tweede rij met 1/2 vermenigvulig derde rij met 1/2 1 3 6 9 0 1 1 1 0 0 1 2

Terugwaardse substitutie 20/64 /k 1 3 6 9 0 1 1 1 0 0 1 2 Het bijbehorende stelsel is: x 1 + 3x 2 6x 3 = 9 x 2 x 3 = 1 x 3 = 2 Dus x 3 = 2. Terugwaardse substitutie in de tweede rij geeft x 2 + 2 = 1, ofwel x 2 = 3. Terugwaardse substitutie in de eerste rij geeft x 1 9 + 12 = 9, ofwel x 1 = 6.

Gauss-Jordan eliminatie 21/64 Gauss-Jordan eliminatie 1 3 6 9 0 1 1 1 0 0 1 2 trek 3 maal de tweede rij af van de eerste het element 1 is nu de nieuwe spil het element 0 is al nul 1 0 3 12 0 1 1 1 0 0 1 2

Gauss-Jordan eliminatie 22/64 1 0 3 12 0 1 1 1 0 0 1 2 1 0 0 6 0 1 0 3 0 0 1 2 tel 3 maal de derde rij bij de eerste op tel de derde rij bij de tweede op het element 1 is nu de nieuwe spil dit is de gereduceerde rij trap vorm ofwel de reduced row echelon form

Gereduceerde rij trap vorm 23/64 DEFINITIE: Een matrix is in row echelon form ofwel in rij trap vorm als geldt: alle nulrijen zitten onderaan de spillen vormen een trap in elke rij is het eerste element ongelijk 0 gelijk aan 1, dit is de kopterm of spil De matrix is in reduced row echelon form ofwel in gereduceerde rij trap vorm als bovendien geldt: in de kolom van een spil staan verder alleen nullen /k

Gereduceerde rij trap vorm 24/64 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Voorbeeld 25/64 1 2 0 3 4 0 0 1 5 6 0 0 0 0 0 is in gereduceerde rij trap vorm 1 2 7 3 4 0 0 1 5 6 0 0 0 0 0 is wel in rij trap vorm, maar is niet gereduceerd /k

Voorbeeld 26/64 0 0 1 5 6 1 2 0 3 4 0 0 0 0 0 is niet in rij trap vorm

Elementaire operaties en rref 27/64 STELLING: 1) Iedere matrix A is door middel van de drie elementaire operaties over te brengen in een matrix in gereduceerde rij trap vorm (rref). Dit proces heet vegen. 2) Voor gegeven A is op heel veel verschillende manieren een matrix in rref te verkrijgen, maar het eindresultaat is uniek en wordt genoteerd door rref(a).

Matrix vergelijking 28/64 Het stelsel vergelijkingen a 11 x 1 + + a 1n x n = b 1.. a m1 x 1 + + a mn x n = b m wordt ook weergegeven door de matrix vergelijking AX = B: a 11... a 1n x 1 b 1.... =. a m1... a mn x n b m

Uitgebreide matrix 29/64 De matrix vergelijking AX = B: a 11... a 1n... a m1... a mn x 1. x n = wordt ook genoteerd door de uitgebreide matrix [A B] a 11... a 1n b 1 [A B] =.... a m1... a mn b m b 1. b m

Voorbeeld 30/64 x 1 + 3x 2 6x 3 = 9 x 1 3x 2 + 4x 3 = 5 x 1 + 5x 2 8x 3 = 7 1 3 6 1 3 4 1 5 8 x 1 x 2 x 3 = 1 3 6 9 1 3 4 5 1 5 8 7 9 5 7 stelsel vergelijkingen matrix vergelijking uitgebreide matrix

Voorbeeld 31/64 1 3 6 9 1 3 4 5 1 5 8 7 We hebben gezien dat door vegen bovenstaande matrix overgaat in 1 0 0 6 0 1 0 3 0 0 1 2 Dus x 1 = 6, x 2 = 3 en x 3 = 2.

Equivalente stelsels vergelijkingen 32/64 STELLING: Beschouw de volgende stelsels lineaire vergelijkingen: AX = B en CX = D Dan zijn de volgende beweringen equivalent: (in matrix notatie) 1) de stelsels hebben dezelfde oplossingen 2) de matrices [A B] en [C D] zijn rij equivalent 3) door elementaire rij operaties zijn ze in elkaar over te voeren 4) rref [A B] = rref [C D] met weglating van de nulrijen

Homogeen stelsel 33/64 Herinner: DEFINITIE: Een stelsel vergelijkingen AX = B heet homogeen als B = 0. VOORBEELD: Beschouw het stelsel vergelijkingen: met /k x 1 + x 2 + x 3 + x 4 = 0 x 1 + x 4 = 0 x 1 + 2x 2 + x 3 = 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 2 1 0 0 als uitgebreide matrix

Homogeen stelsel 34/64 Het vegen van deze matrix geeft 1 1 1 1 0 verwissel eerste en tweede rij 1 0 0 1 0 1 2 1 0 0 1 0 0 1 0 het element 1 is nu de nieuwe spil 1 1 1 1 0 trek de eerste rij af van de tweede 1 2 1 0 0 trek de eerste rij af van de derde 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 2 1 1 0 het element 1 is nu de nieuwe spil trek de 2 maal de tweede rij af van de derde

Homogeen stelsel 35/64 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 vermenigvuldig derde rij met -1 trek de derde rij af van de tweede het element 1 is nu de nieuwe spil de matrix is nu in rref

Vrije en gebonden variabelen 36/64 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 de spillen corresponderen met de gebonden variabelen x 1, x 2, x 3 de vierde kolom correspondeert met de vrije variabele x 4 x 1 + x 4 = 0 x 2 x 4 = 0 x 3 + x 4 = 0 ofwel x 1 = x 4 x 2 = x 4 x 3 = x 4

Parameter voorstelling 37/64 X = x 1 x 2 x 3 x 4 = x 4 x 4 x 4 x 4 Parametervoorstelling van de oplossing: x 1 X = x 2 x 3 = r x 4 hierin is r een willekeurig te kiezen getal = 1 1 1 1 r r r r /k

Homogeen stelsel 38/64 STELLING: 1) Een homogeen stelsel van m lineaire vergelijkingen in n variabelen heeft een oplossing, n.l. de nuloplossing. 2) Als bovendien m < n, dan is er een oplossing ongelijk aan 0. BEWIJS: Het aantal spillen van rref(a) is hoogstens m < n. Deze spillen corresponderen met gebonden variabelen. Er zijn dus minstens n m > 0 vrije variabelen. Er is dus een oplossing ongelijk aan 0.

Particuliere oplossing 39/64 DEFINITIE: Stel AX = B is een stelsel vergelijkingen. Dan heet AX = 0 het bijbehorende homogene stelsel. X p heet een particuliere oplossing als AX p = B. X h heet een homogene oplossing als AX h = 0.

Particuliere oplossing 40/64 STELLING: Stel X p is een gegeven particuliere oplossing van AX = B. Voor elke andere oplossing X is er een homogene oplossing X h zodanig dat BEWIJS: Stel AX = B, dan is /k X = X p + X h. A(X X p ) = AX AX p = B B = 0. Dus X h = X X p is een homogene oplossing, en X = X p + X h.

Equivalente beweringen 41/64 STELLING: Stel A is een n n matrix. Dan zijn de volgende beweringen equivalent: (1) A is inverteerbaar. (2) AX = 0 heeft alleen de triviale oplossing. (3) De gereduceerde rij trap vorm is de n n eenheidsmatrix. (4) rref(a) = I n.

Het vinden van A 1 42/64 OPMERKING: Stel A is een inverteerbare n n matrix. Dan is er een B zodanig dat AB = I n. Dus B is een oplossing van de matrix vergelijking AX = I n. Dus rref [A I n ] = [I n B]. CONCLUSIE: Door het vegen van [A I n ] in rref weten we of A inverteerbaar is en wat de inverse is.

Het vinden van A 1 43/64 VOORBEELD: Is de volgende matrix A = 1 2 3 1 2 1 5 2 3 inverteerbaar? Zo ja, dan heeft de matrix vergelijking AX = I 3, ofwel heeft 1 2 3 x 11 x 12 x 13 1 0 0 1 2 1 x 21 x 22 x 23 = 0 1 0 5 2 3 x 31 x 32 x 33 0 0 1 een oplossing?

Het vinden van A 1 44/64 De bijbehorende uitgebreide matrix is [A I 3 ] = 1 2 3 1 0 0 1 2 1 0 1 0 5 2 3 0 0 1 1 2 3 1 0 0 0 4 4 1 1 0 0 12 12 5 0 1 het element 1 is nu de nieuwe spil trek de eerste rij af van de tweede trek 5 maal de eerste rij af van de derde trek 3 maal de tweede rij af van de derde 1 2 3 1 0 0 0 4 4 1 1 0 0 0 0 2 3 1 /k Dit geeft een strijdig stelsel De matrix heeft dus geen inverse

Het vinden van A 1 45/64 VOORBEELD: Is de volgende matrix A = [ 1 2 3 5 ] inverteerbaar? Zo ja, dan heeft de matrix vergelijking AX = I 2 een oplossing De bijbehorende uitgebreide matrix is [A I 2 ] = [ 1 2 1 ] 0 het element 1 is nu de nieuwe spil 3 5 0 1 trek 3 maal de eerste rij af van de tweede [ 1 2 1 ] 0 0 1 3 1 vermenigvulidg de tweede rij met -1

Het vinden van A 1 46/64 [ 1 2 1 0 0 1 3 1 ] [ 1 0 5 2 0 1 3 1 het element 1 is nu de nieuwe spil trek 2 maal de tweede rij af van de eerste ] A 1 = dus A is inverteerbaar en [ 5 2 3 1 ]

Inverse matrix en unieke oplossing 47/64 STELLING: Stel A is een inverteerbare n n matrix, en B = [b 1,..., b n ] T. Dan heeft het stelsel vergelijkingen a 11 x 1 + + a 1n x n = b 1.. a n1 x 1 + + a nn x n = b n de unieke oplossing X = [x 1,..., x n ] T met X = A 1 B.

Inverse matrix 48/64 BEWIJS: Het oplossen van het stelsel vergelijkingen is equivalent met het oplossen van de matrix vergelijking AX = B A 1 B is een oplossing, want A(A 1 B) = (AA 1 )B = I n B = B. De oplossing is uniek, want uit AX = B volgt X = I n X = (A 1 A)X = A 1 (AX) = A 1 B, want A is inverteerbaar. /k

Aantal oplossingen 49/64 STELLING: Een stelsel lineaire vergelijkingen heeft de volgende drie mogelijkheden: (a) geen oplossingen (strijdig=inconsistent) (b) precies één oplossing (consistent) (c) oneindig veel oplossingen (consistent)

Aantal oplossingen 50/64 BEWIJS: Het stelsel van m lineaire vergelijkingen in n variabelen kan weergegeven worden door de matrix vergelijking AX = B. Stel er is meer dan één oplossing, zeg X 1 en X 2. Dan is AX 1 = B en AX 2 = B. Stel X 0 = X 1 X 2. Dan is AX 0 = A(X 1 X 2 ) = AX 1 AX 2 = B B = 0. Stel c is een willekeurig getal. Dan is A(X 1 + cx 0 ) = AX 1 + cax 0 = B + 0 = B. Dus er zijn oneindig veel oplossingen.

Equivalente beweringen 51/64 STELLING: Stel A is een n n matrix. Dan zijn de volgende beweringen equivalent: (1) A is inverteerbaar. (2) AX = 0 heeft alleen de triviale oplossing. (3) De gereduceerde rij trap vorm is de n n eenheidsmatrix. (4) rref(a) = I n. (5) AX = B heeft een oplossing voor elke B. (6) AX = B heeft precies één oplossing voor elke B.

Bovendriehoeksmatrix 52/64 DEFINITIE: Stel A is een n n matrix. Dan is A een bovendriehoeksmatrix als alle elementen onder de diagonaal nul zijn. Dat wil zeggen a ij = 0 voor alle i > j. VOORBEELD: A = 1 2 3 0 4 5 0 0 6

Benedendriehoeksmatrix 53/64 DEFINITIE: Stel A is een n n matrix. Dan is A een benedendriehoeksmatrix als alle elementen boven de diagonaal nul zijn. Dat wil zeggen a ij = 0 voor alle i < j. VOORBEELD: A = 7 0 0 8 9 0 10 11 12

Boven- en benedendriehoeksmatrix 54/64 EIGENSCHAP: A is een bovendriehoeksmatrix dan en slechts dan als A T is een benedendriehoeksmatrix.

Diagonaalmatrix 55/64 DEFINITIE: Stel A is een n n matrix. Dan heet A een diagonaalmatrix als buiten de hoofddiagonaal van A alleen maar nullen staan. Dus A is een bovendriehoeksmatrix is en een benedendriehoeksmatrix.

product van driehoeksmatrices 56/64 EIGENSCHAP: Het product van bovendriehoeksmatrices is weer een bovendriehoeksmatrix. Evenzo geldt: Het product van benedendriehoeksmatrices is weer een benedendriehoeksmatrix.

Inverteerbare bovendriehoeksmatrix 57/64 EIGENSCHAP: Een boven- of benedendriehoeksmatrix is inverteerbaar dan en slechts dan als alle elementen op de hoofddiagonaal zijn ongelijk nul

Symmetrisch 58/64 DEFINITIE: Een matrix A heet symmetrisch als In het bijzonder is A dan vierkant. A T = A. VOORBEELD: A = 1 2 3 2 4 5 3 5 6

Symmetrisch 59/64 Stel is een A een n n matrix. Dan is B = A + A T symmetrisch. Want B T = (A + A T ) T = A T + (A T ) T = A T + A = B.

Anti-symmetrisch 60/64 DEFINITIE: Een matrix A heet anti-symmetrisch of scheef-symmetrisch als In het bijzonder is A dan vierkant. A T = A. VOORBEELD: A = 0 2 3 2 0 5 3 5 0

Anti-symmetrisch 61/64 EIGENSCHAP: Op de diagonaal van een anti-symmetrische matrix staan alleen maar nullen. BEWIJS: Stel A is anti-symmetrisch. Dan is A T = A. a ii = a T ii = a ii Dus a ii = 0.

Anti-symmetrisch 62/64 VOORBEELD: De matrix A = 1 2 3 2 1 2 3 2 1 is niet anti-symmetrisch en ook niet symmetrisch.

Anti-symmetrisch 63/64 Stel is een A een n n matrix. Dan is C = A A T anti-symmetrisch. Want C T = (A A T ) T = A T (A T ) T = A T A = C.

symmetrisch + anti-symmetrisch 64/64 Stel is een A een n n matrix. Dan is A te schrijven als som A = B + C met B symmetrische en C anti-symmetrisch. Deze schrijfwijze is uniek met: BEWIJS: /k B = 1 2 (A + A T ) en C = 1 2 (A A T ). 1 2 (A + A T ) + 1 2 (A A T ) = A Stel A = B + C met B symmetrische en C anti-symmetrisch. Dan is A T = (B + C) T = B T + C T = B C. Dus A + A T = 2B en A A T = 2C.