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行列のランク
行列の行基本変形
- ある行を何倍かする(0倍以外)
- ある行の何倍かを他の行に加える
- ある行と別の行を交換する
CASE A
$$ \begin{bmatrix} a_{11}&a_{12}&\cdots&a_{1n}&\,&b_{1}\\ a_{21}&a_{22}&\cdots&a_{2n}&\,&b_{2}\\ \vdots&\vdots&\ddots&\vdots&&\vdots\\ a_{n1}&a_{n2}&\cdots&a_{nn}&\,&b_{n} \end{bmatrix} \Rightarrow \begin{bmatrix} 1&\ast&\cdots&\ast&\,&\ast\\ 0&1&\cdots&\ast&\,&\ast\\ \vdots&\vdots&\ddots&\vdots&&\vdots\\ 0&0&\cdots&0&\,&0 \end{bmatrix} $$
- 解は無数に存在する(解にはパラメータが含まれる)
CASE B
$$ \begin{bmatrix} a_{11}&a_{12}&\cdots&a_{1n}&\,&b_{1}\\ a_{21}&a_{22}&\cdots&a_{2n}&\,&b_{2}\\ \vdots&\vdots&\ddots&\vdots&&\vdots\\ a_{n1}&a_{n2}&\cdots&a_{nn}&\,&b_{n} \end{bmatrix} \Rightarrow \begin{bmatrix} 1&\ast&\cdots&\ast&\,&\ast\\ 0&1&\cdots&\ast&\,&\ast\\ \vdots&\vdots&\ddots&\vdots&&\vdots\\ 0&0&\cdots&1&\,&\ast \end{bmatrix} $$
- ただ1組の解をもつ
CASE C
$$ \begin{bmatrix} a_{11}&a_{12}&\cdots&a_{1n}&\,&b_{1}\\ a_{21}&a_{22}&\cdots&a_{2n}&\,&b_{2}\\ \vdots&\vdots&\ddots&\vdots&&\vdots\\ a_{n1}&a_{n2}&\cdots&a_{nn}&\,&b_{n} \end{bmatrix} \Rightarrow \begin{bmatrix} 1&\ast&\cdots&\ast&\,&\ast\\ 0&1&\cdots&\ast&\,&\ast\\ \vdots&\vdots&\ddots&\vdots&&\vdots\\ 0&0&\cdots&0&\,&\ast \end{bmatrix} $$
- 解は存在しない
連立一次方程式
$$ \begin{cases} a_{11}x_{1}+a_{12}x_{2}+\cdots+a_{1n}x_{n}=b_{1}\\ a_{21}x_{1}+a_{22}x_{2}+\cdots+a_{2n}x_{n}=b_{2}\\ \vdots\\ a_{m1}x_{1}+a_{m2}x_{2}+\cdots+a_{mn}x_{n}=b_{n} \end{cases} $$
係数行列
$$ \begin{bmatrix} a_{11}&a_{12}&\cdots&a_{1n}\\ a_{21}&a_{22}&\cdots&a_{2n}\\ \vdots&\vdots&\ddots&\vdots\\ a_{m1}&a_{m2}&\cdots&a_{mn} \end{bmatrix} $$
係数行列(拡大係数行列)
$$ \begin{bmatrix} a_{11}&a_{12}&\cdots&a_{1n}&\,&b_{1}\\ a_{21}&a_{22}&\cdots&a_{2n}&\,&b_{2}\\ \vdots&\vdots&\ddots&\vdots&&\vdots\\ a_{m1}&a_{m2}&\cdots&a_{mn}&\,&b_{n} \end{bmatrix} $$