Элементарные преобразования матрицы
Рассмотрим матрицу .
Выделим в матрице строк и столбцов, где — число меньшее или равное наименьшему из чисел и .
Определителем, порожденным матрицей называется определитель порядка , составленный из элементов, стоящих на пересечении строк и столбцов.
Например, пусть , . Тогда , — определители второго порядка, порожденные матрицей .
Пусть . Тогда — определитель третьего порядка, порожденный данной матрицей.
Рангомматрицы называется наибольший из порядков определителей, отличных от нуля, порожденных данной матрицей. Обозначается или .
Ясно, что если равны нулю все определители порядка , порожденные данной матрицей, то ранг матрицы меньше . Действительно, по определению, каждый из определителей -го порядка выражается линейно через определители -го порядка. Значит, все определители -го порядка равны нулю. Аналогично доказывается, что равны нулю все определители -го и более высоких порядков. Отсюда следует, что ранг матрицы меньше .
Теорема. Ранг матрицы не изменится, если:
а) все строки заменить столбцами;
б) поменять местами две строки (два столбца);
в) умножить каждый элемент строки (столбца) на один и тот же множитель, отличный от нуля;
г) прибавить к элементам одной строки (столбца) соответствующие элементы другой строки (другого столбца), умноженные на один и тот же множитель.
Преобразования а) — г) называются элементарными.
Эквивалентными называются матрицы и , если одна из другой получаются с помощью элементарных преобразований. Эквивалентность матриц и обозначают следующим образом: ~ .
Пример 1.13. Определите ранг матрицы : .
Приведём матрицу к ступенчатому виду с помощью элементарных преобразований:
~ ~ ~ ,
, т.е. .