2.1

Ступенчатая форма по строкам и ранг

[6/100%]
Показать
LaTeX
Задача 2.1.1

Приведите каждую из следующих матриц к строчной эшелонированной форме, определите ранг и укажите базисные столбцы.

?
(a)

[123324692676]\begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 & 3 \\ 2 & 4 & 6 & 9 \\ 2 & 6 & 7 & 6 \end{bmatrix}

(b)

[123268260125386]\begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 2 & 6 & 8 \\ 2 & 6 & 0 \\ 1 & 2 & 5 \\ 3 & 8 & 6 \end{bmatrix}

(c)

[2113041424415521310436348195003−3003842141133]\begin{bmatrix} 2 & 1 & 1 & 3 & 0 & 4 & 1 \\ 4 & 2 & 4 & 4 & 1 & 5 & 5 \\ 2 & 1 & 3 & 1 & 0 & 4 & 3 \\ 6 & 3 & 4 & 8 & 1 & 9 & 5 \\ 0 & 0 & 3 & -3 & 0 & 0 & 3 \\ 8 & 4 & 2 & 14 & 1 & 13 & 3 \end{bmatrix}

Задача 2.1.2

Определите, какие из следующих матриц имеют ступенчатый вид:

?
(a)

[123004010]\begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 0 & 0 & 4 \\ 0 & 1 & 0 \end{bmatrix}

(b)

[000001000001]\begin{bmatrix} 0 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{bmatrix}

(c)

[223−4007−8000−1]\begin{bmatrix} 2 & 2 & 3 & -4 \\ 0 & 0 & 7 & -8 \\ 0 & 0 & 0 & -1 \end{bmatrix}

(d)

[120010000100000001000000]\begin{bmatrix} 1 & 2 & 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \end{bmatrix}

Задача 2.1.3

Предположим, что AA — матрица размера m×nm \times n. Дайте краткое объяснение того, почему каждое из следующих утверждений верно.

?
(a)

rk⁡(A)≤min⁡{m,n}\operatorname {rk}\left(A\right) \leq \min \{ m, n\}.

(b)

rk⁡(A)<m\operatorname {rk}\left(A\right) < m, если одна из строк AA целиком нулевая.

(c)

rk⁡(A)<m\operatorname {rk}\left(A\right) < m, если одна из строк AA является кратной другой строке.

(d)

rk⁡(A)<m\operatorname {rk}\left(A\right) < m, если одна из строк AA является комбинацией других строк.

(e)

rk⁡(A)<n\operatorname {rk}\left(A\right) < n, если один из столбцов AA целиком нулевой.

Задача 2.1.4

Пусть A=[.1.2.3.4.5.6.7.8.901]A = \begin{bmatrix} .1 & .2 & .3 \\ .4 & .5 & .6 \\ .7 & .8 & .901 \end{bmatrix}.

?
(a)

Используя точную арифметику, определите rk⁡(A)\operatorname {rk}\left(A\right).

(b)

Теперь используйте 3-значную арифметику с плавающей точкой (без частичного выбора ведущего элемента или масштабирования), чтобы определить rk⁡(A)\operatorname {rk}\left(A\right). Это число можно назвать «3-значным численным рангом».

(c)

Что произойдёт, если использовать частичный выбор ведущего элемента?

Задача 2.1.5

Сколько различных «форм» возможно для матрицы размера 3×43 \times 4, имеющей ступенчатый вид?

?
Задача 2.1.6

Предположим, что [[c∣c]Ab]\begin{bmatrix} [c|c] A & \mathbf{b} \end{bmatrix} приводится к матрице [[c∣c]Ec]\begin{bmatrix} [c|c] E & \mathbf{c} \end{bmatrix}.

?
(a)

Будет ли [[c∣c]Ec]\begin{bmatrix} [c|c] E & \mathbf{c} \end{bmatrix} иметь ступенчатый вид, если EE имеет ступенчатый вид?

(b)

Если [[c∣c]Ec]\begin{bmatrix} [c|c] E & \mathbf{c} \end{bmatrix} имеет ступенчатый вид, обязательно ли EE имеет ступенчатый вид?