1 Matrici. 1. Generalità.
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- Letizia Forti
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1 rc.. Geerlà. D m e, umer er posv s dce mrce d m rghe e d coloe, o mrce d po ( m,, d eleme rel u seme d m umer rel ) ( =,,..., m;,,..., ) dspos secodo l seguee bell regolre Gl m umer rel Nell'elemeo = m m m s dcoo eleme dell mrce; ess h m rghe e coloe. l'dce deo l rg cu esso ppree, mere j deo l colo, pero s dce dce d rg e j dce d colo. Se s deo co l mrce sudde llor l -esm rg s dc co ed è d d =. e l j-esm colo s dc co j ed è d d j = j j mj Esse vegoo chme che veore rg e veore colo rspevmee. e mrc d po (,) e (m,) s dcoo mrce rg e mrce colo rspevmee. Se m l mrce s dce regolre, se m = s dce qudr d orde oppure qudr dell' -esmo orde. U solo umero rele, R, s può cosderre l'uco elemeo dell mrce che, pero, e d po (,) e s deo co. Esse che l mrce zero: e quell cu = per og e j e s scrve e modo seguee
2 . 'seme dell mrc d po (m,) s deo co mrc qudre d orde s deo co. m, mere l'seme delle e mrc j =,,... e s scrve = B. = e = b B dello sesso po (m,) soo ugul se =,,...,m e = b Defzoe.. D u mrce d po (m,), s dce mrce rspos d, e T s deo co o o -, l mrce oeu d scmbdo le rghe co le coloe. Pero S osserv che ) ( ) =, è u mrce d po (,m). ) l rspos d u mrce qudr d orde è cor mrce qudr dello sesso orde. Defzoe... D u mrce qudr d orde, s dce dgole prcple d l -pl ord (,,..., ). Defzoe..3 U mrce qudr d orde vee u ull gl eleme l d soo (o l d sopr) dell dgole prcple s dce mrce rgolre superore (o rgolre ferore):,. I smbol ell prm mrce è = per > j, ell secod = per < j. e suddee mrc s deoo geerlmee co T.
3 Defzoe..4 U mrce qudr d orde s dce dgole se j e s deo geerlmee co D. = per Defzoe.5. mrce dgole d orde vee u gl eleme dell dgole prcple ugul s dce mrce ur o mrce dec e s deo co I. Defzoe.6. U mrce qudr s dce smmerc se cocde co l su rspos, coè =. 3
4 . Operzo sulle mrc. Defzoe. De due mrc =, B = b ermbe d po (m,) s dce somm d e B e s scrve + B l mrce d po (m,) l cu elemeo sull - m rg e sull j - m colo è + b coè + B = +. b Proposzoe. Se,B,C, è l mrce ull d po (m,) e s deo co - l mrce DI. So ) + B = B +, - ) ( + B) + C = + (B + C), 3) + = = +, m, m, m,, essedo = llor m, 4) + (-) = = (-) +. =, = b + B = + b. ) Poché B e C = c. vrù dell propreà commuv dell'ddzoe de umer rel, s h + b = b + e qud ) + ( B + C) = + ( b + c ) Poché + + b = b + + B = B +. ( b + c) = ( + b) + c vrù dell propreà ssocv dell'ddzoe de umer rel, s h e qud + ( b + c) = ( + b) + c + (B + C) = ( + B) + C. 4
5 3) + = + = = S prov modo logo che l lr uguglz. 4) + (-) = + (- ) = =. S prov modo logo che l lr uguglz. Defzoe. D l mrce = d po (m,) e u umero rele h, s dce prodoo d h per e s scrve h l mrce d po (m,) l cu elemeo o sull -m rg e sull j-m colo è, coè h h =. h Proposzoe. Se,B,C e h, k soo umer rel llor ) h ( + B) = h + hb, ) ( h + k) = h + k, 3) h ( k) = ( hk). DI. So =, = b m, B e s h,k R ) ( + B) = h + b = h( + b ) h, poché h ( + b) = h + hb vrù dell propreà dsrbuv del prodoo de umer rel rspeo ll somm, s h h ( + b) = h + hb = h + hb e duque h( + B) = h + hb; ) ( h + k) = ( h + k) = ( h + k) = h + k = = h + k = h + K ; 3) h( k) = h( k ) = h k = h( k ) = ( hk) = 5
6 ( hk) = ( hk) = ( hk) =. Proposzoe.3. Se, B e h R llor ) ( ) + B = + B, ) ( ) h =h. DI. So =, = b ) poché s h m, B e s h R, + B = + b ( ) + B = + b = + b = + B ; j j j j ) poché s h h = h ( ) h = h = h =h. j j Defzoe.3 So = mrce d po (m,) e = b jk B mrce d po (,p), s dce prodoo rghe per coloe d e B e s scrve B l mrce po (m,p) ove =,,...,m e k =,,..., p. c k = b jk = b k + bk b k c k d Osservzoe. Per esegure le prodoo l umero delle coloe dell mrce deve essere ugule l umero delle rghe dell mrce B e l mrce prodoo B h lo sesso umero d rghe d e lo sesso umero d coloe d B. Osservzoe.. Se,,..., soo veor rg de l mrce e B,B,..., veor colo dell mrce B, l'elemeo c dell mrce B s Bp può scrvere ell form m B k e qud k 6
7 B = B m B B B m B B B m B B p p p. Osservzoe.3 No esse l prodoo d B per meo che o s = p e l cso B è mrce qudr d orde, mere B è mrce qudr d orde m. Se e B soo ermbe mrc qudre dello sesso orde esse s l prodoo B che l prodoo B m, geere, è B B. Defzoe.4 Due mrc e B, qudre dello sesso orde, s dcoo permubl se B = B. Osservzoe.4 Og mrce qudr d orde è sempre permuble co mrce dec I e co l mrce ull, coè I = = I e = = pero s dce che I è elemeo euro rspeo l prodoo d mrc qudre e che l mrce ull d orde ull sempre u prodoo d mrc. Proposzoe.4 So, B, C re mrc per cu s possble l prodoo B e C, l somm B+C e l prodoo (B+C). Se h è u quluque umero rele ( geere uo sclre), s h ) (B+C) = B + C, ) (hb) = h( B). DI. S l -m rg d e so B k e C k le k-me coloe rspevmee d B e C, llor Bk + C k Bk è l k-m colo dell mrce B+C. Poché elemeo d poso k delle mrc B, C e (B + C) è rspevmee B k, Ck e ( Bk + C k ), ) d ( ) Bk + Ck = Bk + Ck segue l ), ) d ( ) ( hbk = h Bk ) segue ). 7
8 Proposzoe.5. So,B,C re mrc per cu è possble l prodoo d e B e prodoo d B e C, llor è possble l prodoo d B e C e l prodoo d e B C e s h ( B) C = (B C). Proposzoe.6 Se e B soo mrc che s possoo molplcre llor che e B s possoo molplcre e s h ( ) B = B. DI. S = d po (m,) e s = b mrce B è mere ( B ) D'lro co l mrce B d po (,p). 'elemeo d poso k dell B k = j=, rspos d B, h l predeo elemeo l poso k. b jk, rspos d, è d po (,m) e h logmee l mrce B, rspos d B, è d po (p,) e h b' =. Osservo che s può fre solo prodoo poso k rsul B' k ' = kj b jk ' = ; j B, che è u mrce d po (p,m), l'elemeo d kj j jk b ' ' = b = b jk = Bk. Defzoe.5. Se è u mrce qudr d orde s dce che è verble se esse u mrce qudr B pure d orde le che B = I = B. Osservzoe.4 Se è verble, l mrce B d cu ll defzoe.5 è uc. If s C u'lr mrce le che s h B = I C = I = C, B = ( C ) B = C ( B) = C I = C. Tle mrce B s chm vers d e s deo co -. I seguo s dro lcu meod per deermrl. Il prodoo d co se sess, coè, s dc che co ; S può fre che m m... m vole e s scrve. llor per og ero m> è l prodoo d m for ugul d. 8
9 S poe, po, = I (I mrce dec dello sesso orde) e =, scché rsul vld l regol r+s per og copp d er o egv r e s. = Proposzoe.7 Se è verble che l su vers - è verble e l su vers è. DI. Se è verble e - è l su vers, rsul ovvero r - = I = - - = I = - pero - è verble e l su vers è. Proposzoe.8 Se e B soo mrc qudre dello sesso orde ed ermbe verbl, llor l mrce B e verble e rsul ( B) - = B - -. DI. S l orde d e B. Essedo esse verbl, s h duque e - = B B - = I I s = -, = B - B, ( B) (B - - ) = (B B - ) - = I - = - = I (B - - ) ( B) = B - ( - ) B = B - I B = B - B = I duque l mrce B è verble e l su vers B - -. Proposzoe.9 Se è u mrce verble, l su rspos è verble e s h ( ) - = ( - ). DI. Poché l mrce è verble, rsul d cu - = I = - ( - ) = I = ( - ) I vrù dell proposzoe.5 ed essedo I = I, s h ( - ) = I = ( 9 - )
10 pero è verble e l su vers ( ) - è ( - ). Defzoe.7. U mrce qudr d orde s dce orogole se = =. Proposzoe. Se è mrce orogole, l su rspos è orogole. DI. S mrce d orde orogole, llor I ovvero Poché = ( pero l mrce ) s h = I = ( ) è orogole. = I = = I =. ( ) ; Osservzoe.5. Se è mrce orogole, ess è verble e rsul - =. Cò segue dll defzoe.5 e dll osservzoe.4.
11 3. Deerme d u mrce qudr. D u mrce qudr d orde = s dce deerme d e s dc co de o o umero rele e relvo che s oee el modo seguee: se =, = (), =, l se =, =, = = -, se = 3, =, = = 3 = Ques'ulmo clcolo v soo l ome d regol d Srrus e s pplc solo deerm delle mrc d orde 3. Se = 4, coè s scegle u rg (rbrrmee) o u colo, per esempo l rg, s sopprme v v cscu elemeo d ess oeedo, così, u mrce d orde 3; s clcol d =, 34
12 cscu l deerme (co l regol d Srrus) prededolo col sego + o - secodo che l somm d e j, dc dell'elemeo, s pr o dspr. llor de è l somm de prodo degl eleme dell rg (o colo) scel, queso cso l, per sudde deerm. I smbol = I geerle per 4 s procede el modo descro per = Osservzoe 3.. Per =, de è u form (polomo) d grdo omogee; per =, de è u form d grdo omogee; per = 3, de è u form d 3 grdo omogee; per = 4, de è u form d 4 grdo omogee; geerle per quluque de è u form d grdo omogee. Osservzoe 3.. I og ddedo dell form gl eleme d compoo u sol vol e u l form compoo (complessvmee) u gl eleme d. Osservo che è uso comue prlre d orde, d eleme, d rghe, d coloe, d dgol d deerme rferedos lle corrspode dell mrce relv, susssoo le Proposzoe 3. Il deerme dell rspos d u mrce è ugule deerme d, coè de = de. S omee l dmosrzoe. = d orde Proposzoe 3. Se u mrce d orde s verfc u delle segue crcosze: ) gl eleme d u rg (o colo) soo u ull; b) essoo due rghe (o coloe) proporzol ( prcolre ugul); c) esse u rg (o colo) che è combzoe lere delle lre rghe (o coloe); llor de =. S omee l dmosrzoe.
13 Proposzoe 3.3 Se de = llor esse u rg (o colo) che è combzoe lere delle lre rghe (o coloe). S omee l dmosrzoe. Proposzoe 3.4 Se u mrce = s gguge u rg (o colo) u combzoe lere delle lre rghe (o coloe) l mrce deerme ugule quello d, coè de ' = de. S omee l dmosrzoe. Proposzoe 3.5 Se u mrce ' oeu h l = s scmbo r loro due rghe (o due coloe ) l mrce ' oeu h l deerme ugule ll opposo d quello d, coè de ' = -de. S omee l dmosrzoe. Proposzoe 3.6 Se ell mrce l rg -m è del po = ' + '' j,,...,, = dee ' e '' le mrc oeue d, sosuedo l rg -m rspevmee gl e gl '', s h S omee l dmosrzoe. de = de '+ de '' ' Proposzoe 3.7 Se e B soo due mrc qudre ermbe d orde s h de( B) = de de B Pù geerle deerme dl prodoo d pù mrc è ugule l prodoo de deerm delle mrc. S omee l dmosrzoe. Proposzoe 3.8 Se è u mrce verble s h de ( - ) =. de DI. Se è u mrce verble e - è l su vers, llor - = I e qud, de de( - ) = d cu ssero. Defzoe 3.4 U mrce, qudr d orde, s dce o sgolre se l suo deerme è o ullo. 3
14 E d fcle dmosrzoe l seguee Proposzoe 3.9 U mrce, qudr d orde, è verble se e se è o sgolre. Defzoe 3.5 S = u mrce qudr d orde s dce more complemere ( o semplcemee more) dell'elemeo el deerme de e s dc co de l deerme dell mrce d orde - oeu d sopprmedo l - m rg e l j - m colo. + j 'espressoe = (-) de s dce complemeo lgebrco o cofore dell'elemeo D. Susssoo le segue Proposzoe 3. (I Teorem d plce) S = u mrce qudr d orde ( ), l deerme d è ugule ll somm de prodo degl eleme d u rg (o colo) d per rspev compleme lgebrc, coè de = D, =,,... (o de D, = =,,... ) Proposzoe 3.. (II Teorem d plce). S = u mrce qudr d orde ( ), l somm d prodo degl eleme d u rg (o colo) per compleme lgebrc d u lr rg (o colo) è ull, coè =,, h =,,... co h ( o =, D hj = D k j, k =,,... co j k ) S omee l dmosrzoe delle suddee Proposzo, m s f ore che l prm è d oevole uo per l clcolo d u deerme d orde quo lo rcoduce v v quello d deerm d orde more so d oeere solo deerm d orde 3 o d orde. Osservzoe 3.. Se = è mrce rgolre d orde, rsul de =
15 Proposzoe 3. S = u mrce qudr d orde verble, llor l su vers è - = D j de D j DI. S pog B =, essedo de quo è verble, e s b l de k geerco elemeo dell mrce prodoo B pero b = ( D + D D ) k k k. k de Teedo coo dell Proposzoe 3. e dell Proposzoe 3. rsul b k = se = k, b k = se k, duque B = I e qud B= -. S rcv, llor, l seguee regol per clcolre l vers d u mrce, che s verble: s scrve l rspos ; s sosusce og elemeo d co l suo complemeo lgebrco (s oee così l mrce D j ; 3 s dvde l mrce oeu ( D j ) per de. Proposzoe 3.3 Se è u mrce orogole d orde, llor de = ±. DI. Se è u mrce orogole, dll defzoe, s h de( ) = de I d cu, essedo de I = e de = de, ( de ) = e qud de = ±. Proposzoe 3.4 Se e B soo mrc qudre orogol dello sesso orde, llor che l mrce B è orogole. S omee l dmosrzoe. Proposzoe 3.5. U mrce qudr d orde e orogole se e solo se l somm de qudr degl eleme d cscu rg (e logmee per le coloe) 5
16 è ugule, mere l somm de prodo degl eleme corrspode d due rghe dverse (o d due coloe) è ugule. DI. S mrce orogole, llor = I =, coè (dll secod uguglz) e qud k = j = Vcevers se per l mrce rsulo s può scrvere, per l prm, jk ( ) =, kj =. ( ) =, kj =. = = δ e qud rssumere ermbe ell formul pù comp coè pero è mrce orogole. j = jk = δ, k = I =, k 6
17 4. Rgo d u mrce Defzoe 4. S u mrce d po (m,). S dce more d orde p (s dcherà co ), esro d, l deerme d u qulss mrce qudr d p orde p oeu d sopprmedo m-p rghe e -p coloe. S chm rgo d l orde mssmo de mor o ull esr dll mrce. Osservzoe 4. Se è u mrce ull s covee che l rgo s zero. Osservzoe 4. Il rgo d u mrce o ull è u umero urle p dverso d zero che o può superre é m é. Osservzoe 4.3 Se l rgo dell mrce è p, esse lmeo u more o ullo esro d d orde p e og eveule more d orde p+ esro d è ullo. Osservzoe 4.4 Se B e u mrce esr d, l rgo d B o può superre quello d. I mor o ull d orde mssmo esrbl dll mrce vegoo de che mor fodmel d. U procedmeo cosglble per sblre l rgo d u mrce è quello che ulzz l eorem degl orl o d Kroecker che vee esposo d seguo. Defzoe 4. S u mrce d po (m,) e s { } u more d orde p esro d (p > e p < m m, ). S dce orlo d og more d orde p+ esro d e coeee l more p. p Sussse l seguee: Proposzoe 4.. ( Teorem degl orl o d Kroecker ). U mrce d po (m,) h rgo p se e solo se esse lmeo u more d orde p dell mrce o ullo vee u gl orl ugul zero. S omee l dmosrzoe. I coclusoe per deermre l rgo d u mrce o ull e cosglble procedere come segue: ) s cerc u more d orde esro dll mrce che s dverso d zero; può ccdere che 7 p p
18 ) esso o esse (occorre pero clcolre u mor del secodo orde esrbl d ), llor s dce che l rgo d è, ) esso esse e s pss l puo b); b) s procede l clcolo d suo orl del erzo orde; può ccdere che ) ess soo u ull, llor s dce che l rgo d è ; ) esse uo o ullo e s pss l puo c); c) s procede l clcolo de suo orl de quro orde può ccdere che ) ess soo u ull, llor s dce che l rgo d è 3; ) esse uo o ullo e s pss l puo d); d) s procede l clcolo de suo orl del quo orde ecc. uso d queso eorem è scurmee,vggoso quo ev l clcolo d u mor d do orde esrbl dll mrce. Proposzoe 4. So e B due mrc d po rspevmee (m,) e (,p) e s C = B, llor rgc rg e rgc rgb. S omee l dmosrzoe Proposzoe 4.3 Il rgo d u mrce o cmb se ess vee molplc desr o ssr per u mrce o sgolre. DI. S u mrce d po (m,) d rgo p e s P u mrce o sgolre d orde m. Poso C = P, rsul rgc p. olplcdo ssr mbo membr per P -, s h = P - C d cu p rgc. Dlle due relzo s rcv rgc = p. 8
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