W celu poprawnego działania witryny stosujemy pliki cookies (ciasteczka). Więcej informacji w Polityce Prywatności.

Rozumiem

NAUCZ SIĘ JEDNEGO DZIAŁU MATEMATYKI WYŻSZEJ W 3 DNI
 Wystarczy uczyć się na przykładach, a teorię OGARNĄĆ przy okazji
Na pokładzie mamy już 29 000 studentów. Dołącz i Ty!

Stosując rozwinięcie Laplace'a oblicz wyznacznik macierzy 4x4

Wyznacznik macierzy 4x4, zad. 12

Rozwiązanie

Stosujemy rozwinięcie Laplace'a względem 3 kolumny (wybieramy właśnie tą kolumnę, ponieważ posiada ona aż dwa zera - dzięki temu będzie się szybciej i łatwiej liczyło):

Wyznacznik macierzy 4x4, zad. 12a - rozwiązanie

Wyznacznik macierzy stopnia 4, zad. 12b - rozwiązanie

Wskazówki:

  1. Przy stosowaniu rozwinięcia Laplace'a do liczenia wyznacznika macierzy wybieramy zawsze wiersz lub kolumnę, która posiada najwięcej zer - pozwala to znacznie uprościć i przyspieszyć obliczenia.
    Aby to dobrze zrozumieć, spróbuj obliczyć wyznacznik macierzy 4x4 lub 5x5 stosując rozwinięcie względem wiersza lub kolumny, która nie ma żadnych zer...
  2. Do liczenia wyznaczników macierzy stopnia 3 można używać rozwinięcia Laplace'a lub metody Sarrusa (zobacz przykłady tutaj).
    Przy obliczeniach pomocniczych użyliśmy rozwinięć Laplace'a względem 1 kolumny.
  3. Wyznacznik macierzy stopnia 2 liczymy ze wzoru:
    \(\left|\begin{array}{cc}a&b\\c&d\end{array}\right|=a\cdot d-b\cdot c\)

Schemat rozwinięcie Laplace'a

W przypadku macierzy A stopnia n, schemat metody Laplace'a wygląda następująco:

1. Wybieramy wiersz lub kolumnę macierzy, w której znajduje się najwięcej zer

2. "Rozwijamy" wyznacznik względem wybranego wiersza lub kolumny wyliczając wyznaczniki macierzy stopni n-1 (dopełnienia algebraiczne kolejnych elementów).

W przypadku rozwinięcia względem i-tego wiersza (gdzie \(i=1,2,\ldots,n\)) schemat metody Laplace'a wygląda następująco:

\[\det A=a_{i1}\cdot (-1)^{i+1}\cdot\det A_{i1}+a_{i2}\cdot (-1)^{i+2}\cdot\det A_{i2}+\ldots +a_{in}\cdot (-1)^{i+j} \cdot\det A_{in}=\]\[=\sum\limits_{k=1}^n a_{ik}\cdot (-1)^{i+k}\cdot \det A_{ik}\]

gdzie \(A_{ij}\) jest macierzą stopnia n-1 otrzymaną z macierzy A przez skreślenie i-tego wiersza i j-tej kolumny (\(\det A_{ij}\) to minor macierzy), np. \(A_{12}\) to macierz powstała przez usunięcie 1-go wiersza i 2-giej kolumny w macierzy A.

Zauważ, że \((-1)^{i+k}\) będzie na przemian równe -1 i 1 lub 1 i -1, więc w rozwinięciu Laplace'a kolejne wyrażenia mają na przemian znak minus i plus (lub plus i minus).

W przypadku rozwinięcia względem j-tej kolumny (gdzie \(j=1,2,\ldots,n\)) mamy następujący wzór na wyznacznik:

\[\det A=a_{1j}\cdot (-1)^{1+j}\cdot \det A_{1j}+a_{2j}\cdot (-1)^{2+j}\cdot \det A_{2j}+\ldots +a_{nj}\cdot (-1)^{n+j}\cdot\det A_{nj}=\]\[=\sum\limits_{k=1}^n a_{kj}\cdot (-1)^{k+j}\cdot\det A_{kj}\]

np. gdy \(j=1\) to rozwinięcie Laplace'a następuje względem pierwszej kolumny:

\[\det A=a_{11}\cdot (-1)^{1+1}\cdot\det A_{11}+a_{21}\cdot (-1)^{2+1}\cdot\det A_{21}+\ldots +a_{n1}\cdot (-1)^{n+1}\cdot\det A_{n1}=\]\[=a_{11}\cdot\det A_{11}-a_{21}\cdot\det A_{21}+\ldots +a_{n1}\cdot (-1)^{n+1}\cdot\det A_{n1}\]

Używając dopełnień algebraicznych rozwinięcie Laplace'a względem i-tego wiersza można zapisać następująco:

\[\det A=a_{i1}\cdot D_{i1}+a_{i2}\cdot D_{i2}+\ldots +a_{in}\cdot D_{in}=\sum\limits_{k=1}^n a_{ik}\cdot D_{ik}\]

Natomiast rozwinięcie względem j-tej kolumny wygląda tak:

\[\det A=a_{1j}\cdot D_{1j}+a_{2j}\cdot D_{2j}+\ldots +a_{nj}\cdot D_{nj}=\sum\limits_{k=1}^n a_{kj}\cdot D_{kj}\]

 

Komentarzy (0)