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36 Besonders einfach ist die Invertierung einer Diagonalmatrix. Aus ⎛a11 0 0 ⎞ ⎜ ⎟ A = ⎜ 0 a 22 0 ⎟ folgt ⎜ ⎟ ⎝ 0 0 a 33 ⎠ A −1 = ⎛ 1 ⎜ ⎜ a11 ⎜ ⎜ 0 ⎜ ⎜ ⎜ 0 ⎝ 0 1 a 22 0 0 0 1 a 33 ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ Satz 3-6 Es gilt: − T 1 −1 a) ( A ) = ( A ) T −1 −1 b) ( A ) = A c) (A ⋅ B) −1 = B −1 ⋅ A −1 −1 1 λ −1 d) ( λA) = A , λ ≠ 0 e) − A 1 = 1 A Satz 3-7 Die inverse Matrix A -1 einer regulären m × m Matrix A berechnet sich folgendermaßen: A −1 = 1 A ⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ + A − A + A ⋮ 11 12 13 − A + A − A ⋮ 21 22 23 + A − A + A ( −1) ( −1) ( −1) m+ 1 m+ 2 m+ 3 ( ) ⎟ ⎟⎟⎟⎟⎟⎟ 1+ m −1 A1m ⋯ ⋯ ⋯ A mm ⎠ ⋮ 31 32 33 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋮ A A A 11 11 11 ⎞ Satz 3-8 Eine quadratische m × m Matrix A besitzt dann und nur dann eine Inverse, wenn a) ihre Determinante von Null verschieden ist, b) der Rang von A gleich m ist, c) A regulär ist, d) die Spalten und Zeilen von A eine Basis im R n bilden.

Prof. Dr. F.U. Mathiak, Hochschule Neubrandenburg 37 4 Determinanten Definition 4-1 Eine n-reihige Determinante 1 ist eine Zahl, die aus gegebenen n 2 Zahlen a ik nach einer noch zu bestimmenden Vorschrift gebildet wird. D = det(a ik ) = a ik = a a a a 11 21 ⋯ a i1 ⋯ n1 a a a a 12 22 ⋯ i2 ⋯ n2 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ a a a a 1k 2k ⋯ ik ⋯ nk ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ a a a a 1n 2n ⋯ in ⋯ nn Zeilen und Spalten heißen allgemein Reihen. Definition 4-2 (Rechenvorschrift zur Bestimmung der Determinante) Im Fall n = 1 wird det( a11) = a11 = a11 Für die Fälle n = 2, 3, 4,... wird der Begriff der n-reihigen Determinante durch die Vorschrift a a 11 21 ⋯ a n1 a a 12 22 ⋯ a n2 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ a a 1n 2n ⋯ a nn = a 11 a 22 a 32 ⋅ ⋯ a n2 a a 23 33 ⋯ a n3 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ a a 2n 3n ⋯ a nn − a 12 a a 21 a 31 ⋅ ⋯ n1 a a a 23 33 ⋯ n3 a a a 24 34 ⋯ n4 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ a a a 2n 3n ⋯ nn + + a 13 a a 21 a 31 ⋅ ⋯ n1 a a a 22 32 n 2 a a a 24 34 ⋯ ⋯ n4 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ a a 2n a 3n − + ⋯+ ( −1) ⋯ nn n+ 1 a 1n a a 21 a 31 ⋅ ⋯ auf den Begriff der (n-1)-reihigen Determinante oder auch Unterdeterminante zurückgeführt. n1 a a a 22 32 ⋯ n 2 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ a a a 2,n−1 3,n−1 ⋯ n,n−1 Beispiel 4-1 (n = 2): a c b d = a ⋅ d − b⋅ c = ad − bc 1 Gottfried Wilhelm Leibniz, deutsch. Mathematiker und Philosoph, 1646-1716

36<br />

Beson<strong>de</strong>rs einfach ist die Invertierung einer Diagonalmatrix. Aus<br />

⎛a11<br />

0 0 ⎞<br />

⎜<br />

⎟<br />

A = ⎜ 0 a<br />

22<br />

0 ⎟ folgt<br />

⎜<br />

⎟<br />

⎝ 0 0 a<br />

33 ⎠<br />

A<br />

−1<br />

=<br />

⎛ 1<br />

⎜<br />

⎜ a11<br />

⎜<br />

⎜ 0<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎜<br />

0<br />

⎝<br />

0<br />

1<br />

a<br />

22<br />

0<br />

0<br />

0<br />

1<br />

a<br />

33<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎠<br />

Satz 3-6<br />

Es gilt:<br />

−<br />

T 1 −1<br />

a) ( A ) = ( A ) T<br />

−1<br />

−1<br />

b) ( A ) = A<br />

c)<br />

(A ⋅ B)<br />

−1<br />

= B<br />

−1<br />

⋅ A<br />

−1<br />

−1<br />

1<br />

λ<br />

−1<br />

d) ( λA) = A , λ ≠ 0<br />

e)<br />

−<br />

A 1 =<br />

1<br />

A<br />

Satz 3-7<br />

Die inverse Matrix A -1 einer regulären<br />

m × m Matrix A berechnet sich folgen<strong>de</strong>rmaßen:<br />

A<br />

−1<br />

=<br />

1<br />

A<br />

⎛<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎝<br />

+ A<br />

− A<br />

+ A<br />

⋮<br />

11<br />

12<br />

13<br />

− A<br />

+ A<br />

− A<br />

⋮<br />

21<br />

22<br />

23<br />

+ A<br />

− A<br />

+ A<br />

( −1)<br />

( −1)<br />

( −1)<br />

m+<br />

1<br />

m+<br />

2<br />

m+<br />

3<br />

( ) ⎟ ⎟⎟⎟⎟⎟⎟ 1+<br />

m<br />

−1<br />

A1m<br />

⋯ ⋯ ⋯ A<br />

mm ⎠<br />

⋮<br />

31<br />

32<br />

33<br />

⋯<br />

⋯<br />

⋯<br />

⋯<br />

⋮<br />

A<br />

A<br />

A<br />

11<br />

11<br />

11<br />

⎞<br />

Satz 3-8<br />

Eine quadratische<br />

m × m Matrix A besitzt dann und nur dann eine Inverse, wenn<br />

a) ihre Determinante von Null verschie<strong>de</strong>n ist,<br />

b) <strong>de</strong>r Rang von A gleich m ist,<br />

c) A regulär ist,<br />

d) die Spalten und Zeilen von A eine Basis im R n bil<strong>de</strong>n.

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