Показано, что элементарные преобразования любой прямоугольной матрицы могут быть осуществлены посредством операций умножения (справа или слева) на элементарные матрицы.
|
Элементарные матрицы перестановок и масштабирования, а также элементарная неунитарная матрица называются элементарными матрицами.
Последовательное умножение любой такой матрицы на заданную матрицу A слева (справа) называется левосторонним (правосторонним) элементарным преобразованием матрицы A.
Алгоритмы решения целого ряда задач включают в себя (в качестве составных элементов) элементарные преобразования матриц, к числу которых относятся:
-
умножение строки или столбца матрицы на ненулевое число;
-
перестановка местами двух строк или столбцов матрицы;
-
прибавление к некоторой строке матрицы другой ее строки, предварительно умноженной на произвольный коэффициент;
-
прибавление к некоторому столбцу матрицы другого ее столбца, предварительно умноженного на произвольный коэффициент.
Любое элементарное преобразование может быть реализовано умножением данной матрицы (слева или справа) на соответствующую элементарную матрицу.
-
Пусть Ri (λ) – матрица масштабирования (полученная из единичной матрицы соответствующего порядка заменой единицы в i-ой строке числом λ):
|
|
(1) |
|
Тогда результатом умножения слева матрицы Ri (λ) на матрицу
|
|
(2) |
|
является матрица, полученная из исходной матрицы A умножением ее i-ой строки на число λ:
|
|
(3) |
|
Например,
|
|
(4) |
|
Аналогично, чтобы умножить i-ый столбец матрицы A на число λ, достаточно умножить матрицу Ti справа на матрицу A. В частности,
|
|
(5) |
|
-
Пусть Pi j – матрица перестановок (полученная из единичной матрицы соответствующего порядка перестановкой i-ой и j-ой строк):
|
|
(6) |
|
Тогда результатом умножения слева матрицы Pi j на матрицу
|
|
(7) |
|
является матрица, полученная из исходной матрицы A перестановкой местами ее i-ой и j-ой строк:
|
|
(8) |
|
Например,
|
|
(9) |
|
Умножение матрицы Pi j справа на матрицу
|
|
(10) |
|
приводит к матрице
|
|
(11) |
|
полученной перестановкой местами i-го и j-го столбцов матрицы A.
-
Чтобы прибавить к i-ой строке матрицы A ее j-ую строку, умноженную на число λ, достаточно умножить матрицу A справа на элементарную неунитарную матрицу .
-
Чтобы прибавить к i-му столбцу матрицы A ее j-ый столбец, умноженный на число λ, достаточно умножить матрицу A слева на элементарную неунитарную матрицу .
|