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2.3 行列の階数(解答) 担当:市原

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Academic year: 2021

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(1)

線形代数学

1 No.6 2005. 6. 1

2.3 行列の階数(解答) 担当:市原

問題23 次の行列の階数を求めよ.

(1) 0 B@

1 −1 3 1 1

−3 4 −10 −2 −4

2 5 −3 11 −7

1 CA 0

B@

1 −1 3 1 1

−3 4 −10 −2 −4

2 5 −3 11 −7

1

CA °2 + 1°×3

−−−−−−−−−→

0 B@

1 −1 3 1 1

0 1 −1 1 −1

2 5 −3 11 −7

1

CA °3 + 1°×(−2)

−−−−−−−−−−−−→

0 B@

1 −1 3 1 1

0 1 −1 1 −1

0 7 −9 9 −9

1 CA

°3 + 2°×(−7)

−−−−−−−−−−−−→

0 B@

1 −1 3 1 1

0 1 −1 1 −1

0 0 −2 2 −2

1

CA °3 ×(−12)

−−−−−−−−→

0 B@

1 −1 3 1 1

0 1 −1 1 −1

0 0 1 −1 1

1 CA

よって、rank 0 B@

1 −1 3 1 1

−3 4 −10 −2 −4

2 5 −3 11 −7

1 CA= 3.

(2) 0 BB B@

1 2 3 4 5

6 7 8 9 0

1 2 3 4 5

3 4 5 6 3

1 CC CA

0 BB B@

1 2 3 4 5

6 7 8 9 0

1 2 3 4 5

3 4 5 6 3

1 CC CA

°2 + 1°×(−6)

−−−−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 2 3 4 5

0 −5 −10 −15 −30

1 2 3 4 5

3 4 5 6 3

1 CC CA

°3 + 1°×(−1)

−−−−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 2 3 4 5

0 −5 −10 −15 −30

0 0 0 0 0

3 4 5 6 3

1 CC CA

°4 + 1°×(−3)

−−−−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 2 3 4 5

0 −5 −10 −15 −30

0 0 0 0 0

0 −2 −4 −6 −12

1 CC CA

°2 ×(−15)

−−−−−−−−→

0 BB B@

1 2 3 4 5

0 1 2 3 6

0 0 0 0 0

0 −2 −4 −6 −12

1 CC CA

°3 °4

−−−−−−− 0 BB B@

1 2 3 4 5

0 1 2 3 6

0 −2 −4 −6 −12

0 0 0 0 0

1 CC CA

°3 + 2°×2

−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 2 3 4 5

0 1 2 3 6

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

1 CC CA

よって、rank 0 BB B@

1 2 3 4 5

6 7 8 9 0

1 2 3 4 5

3 4 5 6 3

1 CC CA= 2.

(2)

問題24 連立方程式 8>

>>

<

>>

>:

5x+ 2y+ 6z= 1 6x+ 8y+ 10z=−3 11x+ 6y+ 14z= 1 8x+ 4y+ 10z= 1

の係数行列をAとし,拡大係数行列をBとする.

(1)ABの階数を求めなさい.

A= 0 BB B@

5 2 6

6 8 10 11 6 14 8 4 10 1 CC CA

°2 + 1°×(−1)

−−−−−−−−−−−−→

0 BB B@

5 2 6

1 6 4

11 6 14 8 4 10 1 CC CA

°1 °2

−−−−−−− 0 BB B@

1 6 4

5 2 6

11 6 14 8 4 10 1 CC CA

°2 + 1°×(−5)

−−−−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 6 4

0 −28 −14

11 6 14

8 4 10

1 CC CA

°3 + 1°×(−11)

−−−−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 6 4

0 −28 −14 0 −60 −30

8 4 10

1 CC CA

°4 + 1°×(−8)

−−−−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 6 4

0 −28 −14 0 −60 −30 0 −44 −22 1 CC CA

°2 ×(−141)

−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 6 4

0 2 1

0 −60 −30 0 −44 −22 1 CC CA

°3 ×(−301)

−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 6 4

0 2 1

0 2 1

0 −44 −22 1 CC CA

°4 ×(−221)

−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 6 4 0 2 1 0 2 1 0 2 1 1 CC CA

°3 + 2°×(−1)

−−−−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 6 4

0 2 1

0 0 0

0 2 1

1 CC CA

°4 + 2°×(−1)

−−−−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 6 4

0 2 1

0 0 0

0 0 0

1 CC

CA よって、rankA= 2.

B= 0 BB B@

5 2 6 1

6 8 10 −3

11 6 14 1

8 4 10 1

1 CC CA

°2 + 1°×(−1)

−−−−−−−−−−−−→

0 BB B@

5 2 6 1

1 6 4 −4

11 6 14 1

8 4 10 1

1 CC CA

°1 °2

−−−−−−− 0 BB B@

1 6 4 −4

5 2 6 1

11 6 14 1

8 4 10 1

1 CC CA

°2 + 1°×(−5)

−−−−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 6 4 −4

0 −28 −14 21

11 6 14 1

8 4 10 1

1 CC CA

°3 + 1°×(−11)

−−−−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 6 4 −4

0 −28 −14 21 0 −60 −30 45

8 4 10 1

1 CC CA

°4 + 1°×(−8)

−−−−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 6 4 −4

0 −28 −14 21 0 −60 −30 45 0 −44 −22 33 1 CC CA

°2 ×(−17)

−−−−−−−−→

0 BB B@

1 6 4 −4

0 4 2 −3

0 −60 −30 45 0 −44 −22 33 1 CC CA

°3 ×(−151)

−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 6 4 −4

0 4 2 −3

0 4 2 −3

0 −44 −22 33 1 CC CA

°4 ×(−111)

−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 6 4 −4

0 4 2 −3

0 4 2 −3

0 4 2 −3

1 CC CA

°3 + 2°×(−1)

−−−−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 6 4 −4

0 4 2 −3

0 0 0 0

0 4 2 −3

1 CC CA

°4 + 2°×(−1)

−−−−−−−−−−−−→

0 BB B@

1 6 4 −4

0 4 2 −3

0 0 0 0

0 0 0 0

1 CC

CA よって、rankB= 2.

(2)「解なし」「解は唯1組」「解は無限個」のどれか答えなさい.

rankA= rankB= 2<3より,解は無限個となる.

実際, (1)のBに関する計算より,解は 0 B@ x y z 1 CA=

0 B@

−t+12

12t34 t

1

CA (ただしtは任意の実数)

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