3. LA2             Linjära ekvationssystem och matrisalgebra


1. Linjära ekvationssystem
  • Gauss-elimination och Gauss-Jordans metod att lösa linjära ekvationssystem. .
  • Två tolkningar av linjära ekvationssystem:
    • Skärning mellan plan. Lösningar: skärningspunkter.
    • Högerledsvektorn=en linjärkombination av kolumnvektorerna i systemmatrisen. Lösningar svarar mot koefficienterna i linjärkombinationen.
  • De tre fallen: unik lösning, ingen lösning och oändligt många lösningar samt motsvarande geometriska tolkningar.
  • Om determinanten för systemmatrisen (om denna är kvadratisk) är ≠ 0, finns en unik lösning.
    Om determinanten = 0, finns antingen oändligt många lösningar eller inga alls.
  • Homogena system (med högerleden=0) har alltid den triviala lösningen x = 0.
  • Liggande system (med fler variabler än ekvationer har normalt oändligt många lösningar.
    Stående system (med fler ekvationer än variabler) saknar normalt lösningar.
    I ingendera fallet kan determinanter användas.








2. Linjärt beroende och matriser.

  • n st. m-dimensionella vektorer a1, ... ,an (n ≤ m) är linjärt beroende, om det finns en svit skalärer s1, ... ,sn (inte alla 0) så att
    s1a1 + ... + snan = 0.
    Test för linjärt beroende::
    • (n=m) Determinanten för A (matrisen med vektorerna som kolumner) är = 0.
    • (n < m) Det homogena systemet med A som systemmatris har icketriviala lösningar.
  • En linjär transformation L av vektorer uppfyller L(sa + tb)= sL(a) + tL(b).
    Sådana linjära transformationer visar sig kunna definieras av matriser.
  • En linjär transformation avbildar en linje på en linje, en linje genom origo på en linje genom origo och parallella linjer på parallella linjer.
  • Matrisalgebra, speciellt matrisprodukt, samt räkneregler. (bl.a. AB normalt skild från BA).
  • Enhetsmatrisen E, som fungerar som en etta vid multiplikation, och transponerade matrisen AT där A:s rader och kolumner har bytt plats.
  • Några viktiga relationer:
    (AB)T= BTAT.
    det(AB)=det(A)det(B).









3. Inverser och deras roll vid lösning av linjära system.

  • A-1 existerar endast om det(A) ≠ 0.
  • Linjära system kan skrivas Ax= b, där A är systemmatrisen och b högerledsvektorn.
    Om A är kvadratisk och det(A) ≠ 0 är lösningen x=A-1b.
  • Metoden att bestämma A-1 (Gauss-Jordan dvs. utökad Gausselimination).
  • Formeln för A-1 i termer av cofaktorer, A:s adjunkt och det(A).
  • Allmänna regeln för utveckling av en determinant efter en rad eller kolumn.
  • Cramers regel för linjära system. (Spec. för små system med parameterkoefficienter).