Talousmatematiikan perusteet: Luento 10. Matriisien peruskäsitteet Yksinkertaiset laskutoimitukset Matriisitulo Determinantti

Samankaltaiset tiedostot
Talousmatematiikan perusteet: Luento 9. Matriisien peruskäsitteet Yksinkertaiset laskutoimitukset Transponointi Matriisitulo

Talousmatematiikan perusteet: Luento 10. Lineaarikuvaus Matriisin aste Determinantti Käänteismatriisi

Talousmatematiikan perusteet: Luento 11. Lineaarikuvaus Matriisin aste Käänteismatriisi

Talousmatematiikan perusteet: Luento 9

1.1. Määritelmiä ja nimityksiä

Talousmatematiikan perusteet: Luento 8. Vektoreista ja matriiseista Vektorien peruslaskutoimitukset Lineaarinen riippumattomuus Vektorien sisätulo

Johdatus tekoälyn taustalla olevaan matematiikkaan

BM20A0700, Matematiikka KoTiB2

9 Matriisit. 9.1 Matriisien laskutoimituksia

Ortogonaalinen ja ortonormaali kanta

Matematiikka B2 - TUDI

1 Matriisit ja lineaariset yhtälöryhmät

Matematiikka B2 - Avoin yliopisto

Insinöörimatematiikka D

Insinöörimatematiikka D

Matriisien tulo. Matriisit ja lineaarinen yhtälöryhmä

Matriisipotenssi. Koska matriisikertolasku on liitännäinen (sulkuja ei tarvita; ks. lause 2), voidaan asettaa seuraava määritelmä: ja A 0 = I n.

Insinöörimatematiikka D

Matikkapaja keskiviikkoisin klo Lineaarialgebra (muut ko) p. 1/81

Insinöörimatematiikka D

Insinöörimatematiikka D

Matikkapaja keskiviikkoisin klo Lineaarialgebra (muut ko) p. 1/210

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

4 Vektoreista ja matriiseista

A = a b B = c d. d e f. g h i determinantti on det(c) = a(ei fh) b(di fg) + c(dh eg). Matriisin determinanttia voi merkitä myös pystyviivojen avulla:

Matriisilaskenta. Harjoitusten 3 ratkaisut (Kevät 2019) 1. Olkoot AB = ja 2. Osoitetaan, että matriisi B on matriisin A käänteismatriisi.

Matriisit. Määritelmä 1 Reaaliluvuista a ij, missä i = 1,..., k ja j = 1,..., n, muodostettua kaaviota a 11 a 12 a 1n a 21 a 22 a 2n A =

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Yhteenlaskun ja skalaarilla kertomisen ominaisuuksia

Matriisit, kertausta. Laskutoimitukset. Matriisikaavoja. Aiheet. Määritelmiä ja merkintöjä. Laskutoimitukset. Matriisikaavoja. Matriisin transpoosi

3.2 Matriisien laskutoimitukset. 3.2 Matriisien laskutoimitukset. 3.2 Matriisien laskutoimitukset. 3.2 Matriisien laskutoimitukset

802118P Lineaarialgebra I (4 op)

Ennakkotehtävän ratkaisu

3 Lineaariset yhtälöryhmät ja Gaussin eliminointimenetelmä

Käänteismatriisin ominaisuuksia

Determinantti. Määritelmä

Käänteismatriisi 1 / 14

Lineaarialgebra (muut ko)

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Matriisit, L20. Laskutoimitukset. Matriisikaavoja. Aiheet. Määritelmiä ja merkintöjä. Laskutoimitukset. Matriisikaavoja. Matriisin transpoosi

2.1.4 har:linyryhmat03. Octavella. Katso ensin esimerkit???? esim:yroctave01 Octaven antamat vastausehdotukset.

Determinantti 1 / 30

Matriisit, L20. Laskutoimitukset. Matriisikaavoja. Aiheet. Määritelmiä ja merkintöjä. Laskutoimitukset. Matriisikaavoja. Matriisin transpoosi

5 Ominaisarvot ja ominaisvektorit

3 Lineaariset yhtälöryhmät ja Gaussin eliminointimenetelmä

x 2 x 3 x 1 x 2 = 1 2x 1 4 x 2 = 3 x 1 x 5 LINEAARIALGEBRA I Oulun yliopisto Matemaattisten tieteiden laitos 2014 Esa Järvenpää, Hanna Kiili

Informaatiotieteiden yksikkö. Lineaarialgebra 1A. Pentti Haukkanen. Puhtaaksikirjoitus: Joona Hirvonen

Johdatus lineaarialgebraan. Juha Honkala 2017

3.1 Lineaarikuvaukset. MS-A0007 Matriisilaskenta. 3.1 Lineaarikuvaukset. 3.1 Lineaarikuvaukset

Insinöörimatematiikka D

Informaatiotieteiden yksikkö. Lineaarialgebra 1A. Pentti Haukkanen. Puhtaaksikirjoitus: Joona Hirvonen

Seuraava luento ti on salissa XXII. Lineaarialgebra (muut ko) p. 1/117

2.8. Kannanvaihto R n :ssä

Informaatiotieteiden yksikkö. Lineaarialgebra 1A. Pentti Haukkanen. Puhtaaksikirjoitus: Joona Hirvonen

Neliömatriisi A on ortogonaalinen (eli ortogonaalimatriisi), jos sen alkiot ovat reaalisia ja

Determinantti. Määritelmä

Informaatiotieteiden yksikkö. Lineaarialgebra 1A. Pentti Haukkanen. Puhtaaksikirjoitus: Joona Hirvonen

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Malliratkaisut 4 / vko 47

Tiivistelmä matriisilaskennasta

Lineaariset yhtälöryhmät ja matriisit

1 Ominaisarvot ja ominaisvektorit

Kurssin loppuosassa tutustutaan matriiseihin ja niiden käyttöön yhtälöryhmien ratkaisemisessa.

Matriisinormeista. Sanni Carlson. Matematiikan pro gradu

Numeeriset menetelmät

3.2 Matriisien laskutoimitukset. 3.2 Matriisien laskutoimitukset. 3.2 Matriisien laskutoimitukset. 3.2 Matriisien laskutoimitukset. Olkoot A 2 := AA =

LU-hajotelma. Esimerkki 1 Matriisi on yläkolmiomatriisi ja matriisi. on alakolmiomatriisi. 3 / 24

1. LINEAARISET YHTÄLÖRYHMÄT JA MATRIISIT. 1.1 Lineaariset yhtälöryhmät

802120P Matriisilaskenta (5 op)

Käänteismatriisin. Aiheet. Käänteismatriisin ominaisuuksia. Rivioperaatiot matriisitulona. Matriisin kääntäminen rivioperaatioiden avulla

Insinöörimatematiikka D

Ville Turunen: Mat Matematiikan peruskurssi P1 1. välikokeen alueen teoriatiivistelmä 2007

802120P MATRIISILASKENTA (5 op)

3.1 Lineaarikuvaukset. MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta. 3.1 Lineaarikuvaukset. 3.1 Lineaarikuvaukset

6 MATRIISIN DIAGONALISOINTI

Insinöörimatematiikka D

Lineaarikombinaatio, lineaarinen riippuvuus/riippumattomuus

Talousmatematiikan perusteet: Luento 13. Rajoittamaton optimointi Hessen matriisi Ominaisarvot ja vektorit Ääriarvon laadun tarkastelu

Matriisiteoria Harjoitus 1, kevät Olkoon. cos α sin α A(α) = . sin α cos α. Osoita, että A(α + β) = A(α)A(β). Mikä matriisi A(α)A( α) on?

Osittaistuenta Gaussin algoritmissa: Etsitään 1. sarakkeen itseisarvoltaan suurin alkio ja vaihdetaan tämä tukialkioiksi (eli ko. rivi 1. riviksi).

Matriisit ja vektorit Matriisin käsite Matriisialgebra. Olkoon A = , B = Laske A + B, , 1 3 3

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

2.5. Matriisin avaruudet ja tunnusluvut

Neliömatriisin adjungaatti, L24

Matriisilaskenta. Ville Tilvis

Matriisilaskenta Luento 8: LU-hajotelma

Matriisi-vektori-kertolasku, lineaariset yhtälöryhmät

Yhtälöryhmä matriisimuodossa. MS-A0007 Matriisilaskenta. Tarkastellaan esimerkkinä lineaarista yhtälöparia. 2x1 x 2 = 1 x 1 + x 2 = 5.

Ominaisarvo ja ominaisvektori

1 Lineaariavaruus eli Vektoriavaruus

802320A LINEAARIALGEBRA OSA I

Talousmatematiikan perusteet: Luento 14. Rajoittamaton optimointi Hessen matriisi Ominaisarvot Ääriarvon laadun tarkastelu

Ominaisarvo ja ominaisvektori

Muistutus: Matikkapaja ke Siellä voi kysyä apua demoihin, edellisen viikon demoratkaisuja, välikoetehtävien selitystä, monisteesta yms.

Johdatus tekoälyn taustalla olevaan matematiikkaan

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II. LM2, Kesä /141

10 Matriisit ja yhtälöryhmät

Päättelyn voisi aloittaa myös edellisen loppupuolelta ja näyttää kuten alkupuolella, että välttämättä dim W < R 1 R 1

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 3. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 3 () Numeeriset menetelmät / 45

FUNKTIOT JA MATRIISIT

LINEAARIALGEBRA I. Hannu Honkasalo. Helsingin yliopiston matematiikan laitos v w u ...

Transkriptio:

Talousmatematiikan perusteet: Luento 1 Matriisien peruskäsitteet Yksinkertaiset laskutoimitukset Matriisitulo Determinantti

Viime luennolta Esim. Yritys tekee elintarviketeollisuuden käyttämää puolivalmistetta, jossa käytetään raaka-aineita A, B ja C. Kuinka paljon raaka-aineita A, B ja C on valmistettava, kun 1. Tehdään 1 kg:n erä. Entsyymiä E on oltava 8 mg ja 3. Erä saa maksaa? Ehdoista 1-3 saadaan yhtälöryhmä: 1. x 1 + x + x 3 = 1. 4x 1 + 34x + 6x 3 = 8 3. 1x 1 + 6x + x 3 = A B C Valmistettava määrä (kg) x 1 x x 3 Entsyymin E määrä (mg/kg) 4 34 6 Hinta ( /kg) 1 6 Yhtälöryhmän voi esittää matriisimuodossa: Kerroinmatriisi A 1 1 1 4 34 6 1 6 Muuttujavektori x x 1 x x 3 = Ax = b Side-ehto- Vektori b 1 8 //18

Tällä luennolla Tarkastelemme matriiseihin liittyviä peruskäsitteitä ja laskusääntöjä Vakiolla kertominen, yhteenlasku, vähennyslasku Matriisitulo Determinantti Ensi luennolla käytämme näitä käsitteitä ja sääntöjä yhtälöryhmän Ax = b ratkaisussa x = A 1 b tarvittavan käänteismatriisin A 1 muodostamiseen //18 3

Matriisit Esim. Ekonomisti E hankkii USA:sta terveysvaikutteisia luonnontuotteita: Kuntojuomaa (KJ), Terveysuutetta (TU) ja Ihmepillereitä (IP). Hän seuraa näiden hyödykkeiden hintoja ja viikon aikana kuluttamiaan määriä noin vuoden välein: Hinnat Määrät Vuosi KJ ($/dl) TU ($/g) IP ($/kpl) KJ (dl) TU (g) IP (kpl) 14.4.5 1.4 35 6 3 15.8.6. 5 7 5 16.3.8 4. 1 9 5 Eri vuosien määrätiedot voidaan esittää vaakavektoreina: q 14 = 35, 6, 3, q 15 = 5, 7, 5, q 16 = 1, 9,5 R 3 Eri tuotteiden määrätiedot voidaan esittää pystyvektoreina: q KJ = 35 5 1 Ei vuosia ja tuotteita kuvaavat määrätiedot voidaan esittää matriisina Q = vaakavektorit q 14, q 15, q 16 ja sarakkeina pystyvektorit q KJ, q TU, q IP., q TU = 35 5 1 6 7 9 6 7 9, q IP = 3 5 5 3 5 5 R 3 R 3 3, jonka riveinä ovat //18 4

Matriisit Matriisi A on avaruuden R m n alkio: A = a 11 a 1 a 1n a m1 a m a mn m vaakariviä eli riviä n pystyriviä eli saraketta Matriisin A alkiot a ij R ovat reaalilukuja Matriisia merkitään usein A = [a ij ] Matriisin alkiota merkitään usein a ij = [A] ij //18 5

Matriisit Matriisin A R m n sanotaan olevan tyyppiä m n oleva martiisi tai m n-matriisi Esim. A = Esim. B = 1 5 1 3 4 1 6 3 7 R 3 on tyyppiä 3 ja esim. a 3 = [A] 3 = 1 4 8 R 4 on tyyppiä 4 ja esim. b 13 = [B] 13 = 3 Erikoistapauksia: 1 n-matriisi samastetaan R n :n vaakavektoriksi n 1-matriisi samastetaan R n :n pystyvektoriksi 1 1-matriisi samastetaan reaaliluvuksi ( R) Matriiseja A ja B sanotaan yhtä suuriksi (merk. A = B), jos Ne ovat samaa tyyppiä m n ja Vastinalkiot ovat samat: a ij = b ij i, j (eli yhtäsuuruus pätee alkioittain) //18 6

Matriisityyppejä: Neliömatriisi Jos A R n n, niin A on tyyppiä n oleva neliömatriisi Esim. Määrämatriisi Q on tyyppiä 3 oleva neliömatriisi: Q = 35 5 1 6 7 9 3 5 5 Neliömatriisin päälävistäjällä tarkoitetaan vasemmasta yläkulmasta oikeaan alakulmaan kulkevaa lävistäjää (lihavoidut alkiot q ii ) //18 7

Matriisityyppejä: Lävistäjämatriisi Jos neliömatriisin A muut kuin päälävistäjäalkiot ovat nollia, on A lävistäjämatriisi eli diagonaalimatriisi: Esim. Tyyppiä 3 oleva lävistäjämatriisi: A = 3 1 5 Jos lävistäjämatriisin kaikki päälävistäjäalkiot ovat ykkösiä, kutsutaan matriisia yksikkömatriisiksi eli identiteettimatriisiksi Yksikkömatriisista käytetään merkintää I tai I n, esim. I 3 = 1 1 1 //18 8

Matriisityyppejä: Kolmiomatriisi Jos neliömatriisin päälävistäjän ylä- tai alapuoliset alkiot ovat nollia, sitä sanotaan kolmiomatriisiksi, esim. A = 1 1 3 5 Usein tehdään ero alakolmio- ja yläkolmiomatriisin välillä: Alakolmiomatriisi L = 1 3 1 5 Yläkolmiomatriisi U = 1 1 3 5 Matriisi, jonka kaikki alkiot ovat nollia, on nollamatriisi O = //18 9

Matriisioperaatioita: Transponointi Matriisin transponointi tarkoittaa rivien ja sarakkeiden vaihtamista keskenään Esim. Terveysvalmisteiden kulutusta eri vuosina kuvaavan matriisin Q transpoosi Q T : Q = 35 5 1 6 7 9 3 5 5 Q T = 35 6 3 5 7 5 1 9 5 Kuten viime luennolla todettiin, transponointi muuttaa pystyvektorin (sarakkeen) vaakavektoriksi (riviksi) ja toisinpäin Pystyvektori a = 1 8 Vaakavektori a T =[1,8,] //18 1

Matriisioperaatioita: Transponointi Esim. Määritä A T, kun A = 1 3 4 6 1 6 R 4 Ratkaisu: A T = 1 3 4 6 1 6 R 4 Transponointi muuttaa m n-matriisin n m-matriisiksi Selvästi kaikille matriiseille A pätee A T T = A. Transponointi ei muuta matriisin sisältämää informaatiota, mutta on usein välttämätöntä laskutoimitusten kannalta. //18 11

Symmetrinen matriisi Neliömatriisia, jolle pätee A T = A, sanotaan symmetriseksi, esim. A = 1 3 5 3 4 5 7 A T = 1 3 5 3 4 5 7 Symmetrisessä matriisissa siis i. rivin ja j. sarakkeen alkio on sama kuin j. rivin ja i. sarakkeen alkio: a ij = a ji Kaikki lävistäjämatriisit (ja tällöin myös yksikkömatriisit) ovat symmetrisiä //18 1

Presemo-kysymys Määritä alkiot a, b ja c, kun A on symmetrinen matriisi A = 1 4 5 a b c 1. a =, b = 5, c = 4. a = 4, b = 5, c = 3. a =, b = 1, c = 4 //18 13

Matriisioperaatioita: Vakiolla kertominen Esim. Mitkä ovat lisäravinteiden hinnat eri vuosina vuoden 14 euroissa, kun kurssi oli tuolloin 1 USD =.74 EUR? Hinnat Hinnat voidaan esittää matriisina P =.4.8.3.5.6.8 1.4. 4. Määrät Vuosi KJ ($/dl) TU ($/g) IP ($/kpl) KJ (dl) TU (g) IP (kpl) 14.4.5 1.4 35 6 3 15.8.6. 5 7 5 16.3.8 4. 1 9 5 Kun hinnat muutetaan vuoden 14 euroiksi, kukin matriisin alkio kerrotaan vakiolla.74 Tämä vastaa koko matriisin kertomista vakiolla.74:.74 P =.74.4.8.3.5.6.8 1.4. 4. =.3.59..37.44.59 1.4 1.48.96 Matriisin (aivan kuten vektorinkin) kertominen vakiolla tehdään siis alkioittain //18 14

Matriisioperaatioita: Yhteenlasku Myös matriisien A, B R m n yhteenlasku (aivan kuten vektorienkin) tapahtuu alkioittain: A + B = a ij + b ij = a ij + b ij Esim. 1 4 3 6 + 5 1 3 7 = 7 1 1 1 1 8 //18 15

Matriisioperaatioita: Vähennyslasku Vähennyslasku tapahtuu niin ikään alkioittain (kuten vektorien tapauksessa), mikä on suora seuraus alkioittain tapahtuvasta vakiolla kertomisesta ja yhteenlaskusta: A B = A + 1 B = a ij + b ij = a ij b ij Esim. Yritys tuottaa kolmea tuotetta, joiden arvo (M ) kahtena kuukautena on koottu matriisiin A ja vastaavat tuotantokustannukset matriisiin B A = 1. kk. kk 1. kk. kk.6 4.3 1.4.7 3.8.8 Tuote 1 Tuote Tuote 3.1 4.3.9.6 3.9. = B Mitkä ovat eri tuotteista saatavat voitot eri kuukausina? A B =.6 4.3 1.4.7 3.8.8.1 4.3.9.6 3.9. =.5.5.1.1.6 //18 16

Lineaariavaruus Matriisit (kuten vektorit viime luennolla) muodostavat lineaariavaruuden R m n, sillä ne toteuttavat ehdot 1-8: 1. A + B = B + A (vaihdannaisuus). A + B + C = A + B + C (liitännäisyys) 3. On olemassa nollamatriisi O =, jolle pätee A + O = A 4. Matriisilla A = [a ij ] on vastamatriisi A = a ij = a ij, jolle pätee A + A = A A = O 5. a ba = b aa = ab A, missä a ja b ovat vakioita 6. 1 A = A 7. a A + B = aa + ab, missä a on vakio 8. a + b A = aa + ba, missä a ja b ovat vakioita //18 17

Presemo-kysymys Laske A 3B T, kun A = 1 4 5 1 3 6, B = 1 4 1 1.. 3. 5 7 4 6 9 1 4 1 6 3 8 1 1 11 16..18 18

Matriisitulo Alun johdannossa rinnastettiin yhtälöryhmä ja matriisiyhtälö A x = b: x 1 + x + x 3 = 1 ቐ4x 1 + 34x + 6x 3 = 8 1x 1 + 6x + x 3 = Kerroinmatriisi A 1 1 1 4 34 6 1 6 Muuttujavektori x x 1 x x 3 = Side-ehto- Vektori b 1 8 Matriisiyhtälössä esiintyy matriisin A ja vektorin x tulo, joka lasketaan Irrottamalla matriisista A kukin rivi eli vaakavektori kerrallaan ja laskemalla sen sisätulo vektorin x kanssa 1. 1, 1, 1 x 1, x, x 3 = x 1 + x + x 3. 4, 34, 6 x 1, x, x 3 = 4x 1 + 34x + 6x 3 3. 1, 6, x 1, x, x 3 = 1x 1 + 6x + x 3 Ja kokoamalla näin saadut sisätulot pystyvektoriksi: x 1 + x + x 3 4x 1 + 34x + 6x 3 1x 1 + 6x + x 3 //18 19

Matriisitulo Yleisesti matriisien A R m n ja B R n p tulo määritellään AB = C = [c ij ] R m p missä c ij = a i1, a i,, a in b 1j, b j,, b nj Eli jotta saadaan tulomatriisin C alkio c ij, Matriisista A otetaan i. rivi (n-ulotteinen vaakavektori) Matriisista B otetaan j. sarake (n-ulotteinen pystyvektori) Ja lasketaan näiden sisätulo //18

Matriisitulo Esim. A = 1 4 5 3 6 R 3, B = 1 1 4 1 R 3 AB = 1,,3 [, 1,4] 1,,3 [1,,1] 4,5,6 [, 1,4] 4,5,6 [1,,1] = 1 + 1 + 3 4 1 1 + + 3 1 4 + 5 ( 1) + 6 4 4 1 + 5 + 6 1 = 1 8 19 Jotta tulo AB on määritelty, pitää matriisien A ja B olla yhteensopivia, eli A:n sarakkeiden lukumäärä n = B:n rivien lukumäärä n (esim. edellä n = ) //18 1

Matriisitulo Yleisesti pätee: AI = IA = A Esim. I 3 D = 1 1 1 5 1 4 4 3 3 8 = 1 + 5 + 1 + 1 5 + 1 + 5 + 1 1 1 4 + 4 + ( 3) 4 + 1 4 + ( 3) 4 + 4 + 1 ( 3) 1 3 + + 8 3 + 1 + 8 3 + + 1 8 = 5 1 4 4 3 3 8 = D Vastaavasti DI 3 = D //18

Matriisikertolaskun säännöt 1. AB C = A BC, kun A R m n, B R n p, C R p r. A B + C = AB + AC, kun A R m n, B, C R n p 3. A + B C = AC + BC, kun A, B R m n, C R n p 4. A ab = aa B = a AB, kun A R m n, B R n p, ja a R on vakio 5. AB T = B T A T, kun A R m n, B R n p //18 3

Matriisikertolaskun säännöt Esim. Sääntö 5 AB T = B T A T A = 1 1 3, B = 1 1 A T = 1 1 3 ja BT = 1 1 Tällöin AB = 1 4 1 3 4 AB T = 1 4 1 3 4 Samoin B T A T = 1 1 1 1 3 = 1 4 1 3 4 //18 4

Matriisitulo Huom! Matriisitulo ei yleisesti ole vaihdannainen, vaan tavallisesti pätee AB BA Voi olla, etteivät A ja B edes ole yhteensopivia molemmin päin, eli AB on määritelty mutta BA ei; esim. jos A R 3 ja B R 3 1 Vaikka AB ja BA olisivatkin määritelty, eivät ne välttämättä ole samantyyppisiä; esim. A = [,1], B = 3 AB = 6 4 = 4 BA = 3 3 1 4 4 1 = 6 3 8 4 Vaikka AB ja BA olisivatkin samantyyppisiä, eivät ne välttämättä ole samat: A = 1 3 4, B = 1 1 AB = 3 5 4 mutta BA = 1 5 8 //18 5

Presemo-kysymys Määritä tulo AB, kun A = 1 3, B = 1 1.. 3. 1 4 4 3 4 4 6 1 4 6 7 //18 6

Presemo-kysymys Määritä matriisitulot BA, kun A = 1 1 1 3, B = 1 4 1 1.. 3. 8 3 1 6 1 4 8 3 1 3 3 4 4 3 11..18 7

Determinantti Neliömatriisille voi määrittää determinantin, jota merkitään det A, det A tai A Determinantti on eräänlainen matriisin skaalausvakio 1 1-matriisin (eli vakion) a determinantti on a -matriisin A = a b c d determinantti a b c d Esim. Määritä det(a), kun A = 4 5 3 7 = ad bc det A = 4 5 3 7 = 4 7 5 3 = 43 //18 8

Determinantin geometrinen tulkinta Kuvalähde: https://en.wikipedia.org/wiki/determinant -matriisin A = a b c d determinantin itseisarvo det A = ad bc on A:n rivitai sarakevektoreiden määräämän suunnikkaan pinta-ala Esim. 4 5 3 7 = 43 Esim. 1 4 = Huom! Rivivektorit (ja sarakevektorit) riippuvat lineaarisesti toisistaan. 1. rivi = [ 1,] Pintaala = 43 1. rivi = [4,5]. rivi = [3, 7] Summa = [7, ] Summa = [1, ]. rivi = [, 4] //18 9

Determinantin geometrinen tulkinta 3 3-matriisin A = a d g b e h c f i determinantti on a e h f i b d g f i + c d e g h = a ei fh b di fg + c dh eg = aei + bfg + cdh ceg bdi afh 3 3-matriisin determinantin itseisarvo det A on A:n rivivektoreiden r 1 = a, b, c, r = d, e, f, r 3 = [g, h, i] (tai sarakevektoreiden) määräämän suuntaissärmiön tilavuus Mitä tilavuudelle tapahtuu, jos rivivektorit ovat kaikki samassa - ulotteisessa tasossa, eli keskenään lineaarisesti riippuvia? //18 3

Determinantti ja matriisin rivivektorien lineaarinen riippumattomuus Edellisten perusteella Matriisin A determinantti det A jos ja vain jos A:n rivit ovat lineaarisesti riippumattomat //18 31

Presemo-kysymys Laske matriisin A = 3 9 3 determinantti 1. 15. 3. 7 //18 3

Presemo-kysymys Laske matriisin A = 1 3 1 1 determinantti 1. 6. 3. 9..18 33

Determinantin laskeminen Determinantin laskeminen käsin -tyyppiä korkeamman tyypin matriiseille on työlästä Esim. Määritä det(a), kun A = 4 7 1 5 8 3 6 9 Excel: MDETERM() http://www.wolframalpha.com: Syntaksi: det({{,1,3},{4,5,6},{7,8,9}}) //18 34

Determinantin ominaisuuksia Determinantilla on monia laskutoimituksia helpottavia ominaisuuksia: 1. Jos matriisin A jonkin rivin tai sarakkeen kaikki alkiot ovat nollia, niin det A = ; esim. A = 1 det A = 1 = 1. rivi = [ 1,] Summa = [ 1,]. rivi = [,]. Jos matriisi B saadaan kertomalla matriisin A jonkin rivin tai sarakkeen kaikki alkiot vakiolla c, niin det B = c det A; esim. A = 4 5 3 7 B = 8 1 3 7 det A = 8 15 = 43 det B = 56 3 = 86 1. rivi = [4,5] 1. rivi = 4,5 = [8,1] Pintaala = 43 Summa = [11,3] 3. Jos matriisin kaksi riviä (tai saraketta) vaihdetaan keskenään, niin determinantin merkki muuttuu, esim. A = 4 5 3 7 B = 3 7 4 5 det A = 8 15 = 43 det B = 15 + 8 = 43 Pintaala = 43. rivi = [3, 7] Summa = [7, ] //18 35

Determinantin ominaisuuksia 4. Jos matriisissa A on kaksi (tai usempi) samaa riviä, niin det A = (syy: nämä rivit riippuvat toisistaan lineaarisesti) 5. Jos matriisin k. rivi (sarake) kerrotaan vakiolla ja lisätään i. riviin (sarakkeeseen), determinantin arvo ei muutu, esim. 6. det AB = det A det B, esim. A = 4 A = 4 5 3 7 det A = 8 15 = 43 B = 1 9 3 7 det B = 7 + 7 = 43 det A = 6 + 16 = 1 4 3 B = 1 det B = + 3 = 5 3 1 AB = 8 6 det AB = 56 6 = 5 1 7 7. det A T = det A, esim. A = 4 det A = 6 + 16 = 1 4 3 A T = 4 4 3 det AT = 6 + 16 = 1 //18 36

Yhteenveto Matriisi A R m n on reaalilukutaulukko, jossa on m riviä ja n saraketta Matriisin peruslaskutoimitukset (vakiolla kertominen, yhteenlasku, vähennyslasku) tapahtuvat alkioittain Matriisin transponointi muuttaa rivit sarakkeiksi ja sarakkeet riveiksi Matriisitulon C = AB alkio c ij lasketaan Ottamalla matriisista A i. rivi Ottamalla matriisista B j. sarake Ja laskemalla näiden sisätulo Yleisesti AB BA; kuitenkin AB T = B T A T //18 37

Yhteenveto Matriisin A = a c b d R determinantti det A = ad bc Matriisin A = a d g b e h c f i R 3 3 determinantti on a e h f i b d g f i + c d e g h..18 38

Harjoittele verkossa! http://www.wolframalpha.com/problem-generator/ Matrices Yhteenlasku: Add Vähennyslasku: Subtract Matriisitulo: Multiply..18 39