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 negrita por bold italic A elevado a negrita menos negrita 1 fin elevado negrita igual bold italic A elevado a negrita menos negrita 1 fin elevado negrita por bold italic A negrita igual 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 igual abrir paréntesis tabla fila 2 celda menos 1 fin celda fila 1 3 fin tabla cerrar paréntesis

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

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

                                               A por X igual I

  És a dir:

                 abrir paréntesis tabla fila 2 celda menos 1 fin celda fila 1 3 fin tabla cerrar paréntesis por abrir paréntesis tabla fila a b fila c d fin tabla cerrar paréntesis igual abrir paréntesis tabla fila 1 0 fila 0 1 fin tabla cerrar paréntesis

                 abrir paréntesis tabla fila celda 2 a menos c fin celda celda 2 b menos d fin celda fila celda a más 3 c fin celda celda b más 3 d fin celda fin tabla cerrar paréntesis igual abrir paréntesis tabla fila 1 0 fila 0 1 fin tabla cerrar paréntesis espacio espacio espacio espacio espacio

abrir tabla atributos alineación columna right fin atributos fila celda 2 a menos c igual 1 fin celda fila celda a más 3 c igual 0 fin celda fin tabla cerrar llaves espacio espacio espacio espacio flecha doble derecha espacio espacio abrir tabla atributos alineación columna right fin atributos fila celda 6 a menos 3 c igual 3 fin celda fila celda a más 3 c igual 0 fin celda fin tabla cerrar llaves espacio espacio espacio flecha doble derecha espacio espacio 7 a igual 3 espacio espacio espacio flecha doble derecha espacio a igual fracción 3 entre 7
espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio 3 c igual menos a igual menos fracción 3 entre 7 espacio espacio flecha doble derecha espacio espacio c igual menos fracción numerador 3 entre denominador 3 por 7 fin fracción igual menos fracción 1 entre 7

                    abrir paréntesis tabla fila celda 2 a menos c fin celda celda 2 b menos d fin celda fila celda a más 3 c fin celda celda b más 3 d fin celda fin tabla cerrar paréntesis igual abrir paréntesis tabla fila 1 0 fila 0 1 fin tabla cerrar paréntesis espacio espacio espacio espacio espacio

abrir tabla atributos alineación columna right fin atributos fila celda 2 b menos d igual 0 fin celda fila celda b más 3 d igual 1 fin celda fin tabla cerrar llaves espacio espacio espacio espacio flecha doble derecha espacio espacio abrir tabla atributos alineación columna right fin atributos fila celda 6 b menos 3 d igual 0 fin celda fila celda b más 3 d igual 1 fin celda fin tabla cerrar llaves espacio espacio espacio flecha doble derecha espacio espacio 7 b igual 1 espacio espacio espacio flecha doble derecha espacio b igual fracción 1 entre 7
espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio espacio 3 d igual 1 menos b igual 1 menos fracción 1 entre 7 espacio igual fracción 6 entre 7 espacio flecha doble derecha espacio espacio d igual fracción numerador 6 entre denominador 3 por 7 fin fracción igual fracción 2 entre 7

                    Per tant: 

                    A elevado a menos 1 fin elevado igual fracción 1 entre 7 abrir paréntesis tabla fila 3 1 fila celda menos 1 fin celda 2 fin tabla cerrar paréntesis          

· 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:

   abrir paréntesis tabla fila celda tabla fila 2 celda menos 1 fin celda fila 1 3 fin tabla fin celda celda envoltorio por la izquierda espacio tabla fila 1 0 fila 0 1 fin tabla fin envoltorio fin celda fin tabla cerrar paréntesis 

   Hem de fer transformacions elementals fins que en la part esquerra ens quedi la matriu identitat: abrir paréntesis tabla fila 1 0 fila 0 1 fin tabla cerrar paréntesis 

   abrir paréntesis tabla fila celda tabla fila 2 celda menos 1 fin celda fila 1 3 fin tabla fin celda celda envoltorio por la izquierda espacio tabla fila 1 0 fila 0 1 fin tabla fin envoltorio fin celda fin tabla cerrar paréntesis espacio espacio flecha derecha espacio espacio abrir paréntesis tabla fila celda tabla fila 2 celda menos 1 fin celda fila 0 celda menos 7 fin celda fin tabla fin celda celda envoltorio por la izquierda espacio tabla fila 1 0 fila 1 celda menos 2 fin celda fin tabla fin envoltorio fin celda fin tabla cerrar paréntesis espacio espacio flecha derecha espacio espacio abrir paréntesis tabla fila celda tabla fila celda menos 14 fin celda 0 fila 0 celda menos 7 fin celda fin tabla fin celda celda envoltorio por la izquierda espacio tabla fila celda menos 6 fin celda celda menos 2 fin celda fila 1 celda menos 2 fin celda fin tabla fin envoltorio fin celda fin tabla cerrar paréntesis espacio espacio flecha derecha espacio espacio abrir paréntesis tabla fila celda tabla fila 1 0 fila 0 1 fin tabla fin celda celda envoltorio por la izquierda espacio tabla fila celda 3 dividido por 7 fin celda celda 1 dividido por 7 fin celda fila celda menos 1 dividido por 7 fin celda celda 2 dividido por 7 fin celda fin tabla fin envoltorio fin celda fin tabla cerrar paréntesis

    Per tant:      

     A elevado a menos 1 fin elevado igual fracción 1 entre 7 abrir paréntesis tabla fila 3 1 fila celda menos 1 fin celda 2 fin tabla cerrar paréntesis

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).