8. Inversa de matrius

Definició

 Donada una matriu quadrada A, la seva matriu inversa A-1, si existeix, és la matriu que compleix:

                       bold italic A fett mal bold italic A hoch fett minus fett 1 Endexponent fett gleich bold italic A hoch fett minus fett 1 Endexponent fett mal bold italic A fett gleich bold italic I

on I és la matriu Identitat.

En aquest bloc ens limitarem al càlcul de matrius inverses d'ordre 2x2.

Ho podem fer de dues maneres. Ho veurem amb un exemple.

Exemple 

Calcular la inversa de la matriu  A gleich Klammer öffnen Tabelle Zeile 2 Zelle minus 1 Ende Zelle Zeile 1 3 Ende Tabelle Klammer schließen

· Càlcul de la matriu inversa a partir de la definició.

  Plantegem un sistema d'equacions, ja que volem una matriu X tal que 

                                               A mal X gleich I

  És a dir:

                 Klammer öffnen Tabelle Zeile 2 Zelle minus 1 Ende Zelle Zeile 1 3 Ende Tabelle Klammer schließen mal Klammer öffnen Tabelle Zeile a b Zeile c d Ende Tabelle Klammer schließen gleich Klammer öffnen Tabelle Zeile 1 0 Zeile 0 1 Ende Tabelle Klammer schließen

                 Klammer öffnen Tabelle Zeile Zelle 2 a minus c Ende Zelle Zelle 2 b minus d Ende Zelle Zeile Zelle a plus 3 c Ende Zelle Zelle b plus 3 d Ende Zelle Ende Tabelle Klammer schließen gleich Klammer öffnen Tabelle Zeile 1 0 Zeile 0 1 Ende Tabelle Klammer schließen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen

öffnen Tabellenattribute Spaltenausrichtung right Ende Attribute Zeile Zelle 2 a minus c gleich 1 Ende Zelle Zeile Zelle a plus 3 c gleich 0 Ende Zelle Ende Tabelle geschweifte Klammern schließen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen dicker rechtspfeil Leerzeichen Leerzeichen öffnen Tabellenattribute Spaltenausrichtung right Ende Attribute Zeile Zelle 6 a minus 3 c gleich 3 Ende Zelle Zeile Zelle a plus 3 c gleich 0 Ende Zelle Ende Tabelle geschweifte Klammern schließen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen dicker rechtspfeil Leerzeichen Leerzeichen 7 a gleich 3 Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen dicker rechtspfeil Leerzeichen a gleich 3 geteilt durch 7
Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen 3 c gleich minus a gleich minus 3 geteilt durch 7 Leerzeichen Leerzeichen dicker rechtspfeil Leerzeichen Leerzeichen c gleich minus Zähler 3 geteilt durch Nenner 3 mal 7 Bruchergebnis gleich minus 1 geteilt durch 7

                    Klammer öffnen Tabelle Zeile Zelle 2 a minus c Ende Zelle Zelle 2 b minus d Ende Zelle Zeile Zelle a plus 3 c Ende Zelle Zelle b plus 3 d Ende Zelle Ende Tabelle Klammer schließen gleich Klammer öffnen Tabelle Zeile 1 0 Zeile 0 1 Ende Tabelle Klammer schließen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen

öffnen Tabellenattribute Spaltenausrichtung right Ende Attribute Zeile Zelle 2 b minus d gleich 0 Ende Zelle Zeile Zelle b plus 3 d gleich 1 Ende Zelle Ende Tabelle geschweifte Klammern schließen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen dicker rechtspfeil Leerzeichen Leerzeichen öffnen Tabellenattribute Spaltenausrichtung right Ende Attribute Zeile Zelle 6 b minus 3 d gleich 0 Ende Zelle Zeile Zelle b plus 3 d gleich 1 Ende Zelle Ende Tabelle geschweifte Klammern schließen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen dicker rechtspfeil Leerzeichen Leerzeichen 7 b gleich 1 Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen dicker rechtspfeil Leerzeichen b gleich 1 geteilt durch 7
Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen Leerzeichen 3 d gleich 1 minus b gleich 1 minus 1 geteilt durch 7 Leerzeichen gleich 6 geteilt durch 7 Leerzeichen dicker rechtspfeil Leerzeichen Leerzeichen d gleich Zähler 6 geteilt durch Nenner 3 mal 7 Bruchergebnis gleich 2 geteilt durch 7

                    Per tant: 

                    A hoch minus 1 Endexponent gleich 1 geteilt durch 7 Klammer öffnen Tabelle Zeile 3 1 Zeile Zelle minus 1 Ende Zelle 2 Ende Tabelle Klammer schließen          

· Càlcul de la matriu inversa pel mètode de Gauss-Jordan 

  De fet és el mateix que hem fet a dalt però ho expressem en forma matricial: 

  Es tracta de palntejar la matriu ampliada:

   Klammer öffnen Tabelle Zeile Zelle Tabelle Zeile 2 Zelle minus 1 Ende Zelle Zeile 1 3 Ende Tabelle Ende Zelle Zelle links eingeschlossen Leerzeichen Tabelle Zeile 1 0 Zeile 0 1 Ende Tabelle Ende Ende Zelle Ende Tabelle Klammer schließen 

   Hem de fer transformacions elementals fins que en la part esquerra ens quedi la matriu identitat: Klammer öffnen Tabelle Zeile 1 0 Zeile 0 1 Ende Tabelle Klammer schließen 

   Klammer öffnen Tabelle Zeile Zelle Tabelle Zeile 2 Zelle minus 1 Ende Zelle Zeile 1 3 Ende Tabelle Ende Zelle Zelle links eingeschlossen Leerzeichen Tabelle Zeile 1 0 Zeile 0 1 Ende Tabelle Ende Ende Zelle Ende Tabelle Klammer schließen Leerzeichen Leerzeichen rechtspfeil Leerzeichen Leerzeichen Klammer öffnen Tabelle Zeile Zelle Tabelle Zeile 2 Zelle minus 1 Ende Zelle Zeile 0 Zelle minus 7 Ende Zelle Ende Tabelle Ende Zelle Zelle links eingeschlossen Leerzeichen Tabelle Zeile 1 0 Zeile 1 Zelle minus 2 Ende Zelle Ende Tabelle Ende Ende Zelle Ende Tabelle Klammer schließen Leerzeichen Leerzeichen rechtspfeil Leerzeichen Leerzeichen Klammer öffnen Tabelle Zeile Zelle Tabelle Zeile Zelle minus 14 Ende Zelle 0 Zeile 0 Zelle minus 7 Ende Zelle Ende Tabelle Ende Zelle Zelle links eingeschlossen Leerzeichen Tabelle Zeile Zelle minus 6 Ende Zelle Zelle minus 2 Ende Zelle Zeile 1 Zelle minus 2 Ende Zelle Ende Tabelle Ende Ende Zelle Ende Tabelle Klammer schließen Leerzeichen Leerzeichen rechtspfeil Leerzeichen Leerzeichen Klammer öffnen Tabelle Zeile Zelle Tabelle Zeile 1 0 Zeile 0 1 Ende Tabelle Ende Zelle Zelle links eingeschlossen Leerzeichen Tabelle Zeile Zelle 3 dividiert durch 7 Ende Zelle Zelle 1 dividiert durch 7 Ende Zelle Zeile Zelle minus 1 dividiert durch 7 Ende Zelle Zelle 2 dividiert durch 7 Ende Zelle Ende Tabelle Ende Ende Zelle Ende Tabelle Klammer schließen

    Per tant:      

     A hoch minus 1 Endexponent gleich 1 geteilt durch 7 Klammer öffnen Tabelle Zeile 3 1 Zeile Zelle minus 1 Ende Zelle 2 Ende Tabelle Klammer schließen

Observacions:

- El procediment per trobar la inversa de matrius quadrades de qualsevol ordre major és el mateix.  Simplement pot sortir més llarg de càlculs.  

- No sempre existeix la matriu inversa d'una matriu.
  Fixeu-vos que, amb el primer mètode, el sistema que plantegem podria ser que no tingués solució.
  O amb el segon mètode podria ser que no poguéssim  obtenir la matriu identitat a l'esquerra.
  La condició perquè una mateix quadrada tingui inversa és que el seu determinant no sigui 0 però això ho veurem en el següent lliurament.

- Hi ha un tercer mètode però utilitza els determinants (que s'estudien en el lliurament 2).