На этой странице мы увидим, как вычислять степени матриц. Вы также найдете примеры и пошаговые решения упражнений на степени матриц, которые помогут вам в совершенстве понять это. Вы также узнаете, что такое n-я степень матрицы и как ее найти.
Как рассчитывается мощность матрицы?
Чтобы вычислить степень матрицы , необходимо умножить матрицу саму на себя столько раз, сколько говорит показатель степени. Например:
Следовательно, чтобы получить степень матрицы, нужно уметь решать умножение матриц . В противном случае вы не сможете рассчитать матрицу мощности.
Пример расчета мощности матрицы:
Следовательно, степень квадрата матрицы вычисляется путем умножения матрицы на саму себя. Аналогично, матрица в кубе равна квадрату самой матрицы. Аналогично, чтобы найти степень матрицы, возведенной до четырех, матрицу, возведенную до трех, необходимо умножить на саму матрицу. И так далее.
Существует важное свойство степени матрицы, которое вам следует знать: степень матрицы можно вычислить только тогда, когда она квадратная , то есть когда в ней такое же количество строк, как и столбцов.
Какова степень n матрицы?
Энная степень матрицы — это выражение, позволяющее легко вычислить любую степень матрицы.
Часто степени матриц подчиняются определенному шаблону . Следовательно, если мы сможем расшифровать последовательность, которой они следуют, мы сможем вычислить любую степень без необходимости выполнять все умножения.
Это означает, что мы можем найти формулу, которая дает нам n-ю степень матрицы без необходимости вычисления всех степеней.
Советы по обнаружению закономерности, за которой следуют силы:
- Четность показателя . Возможно, четные степени — это один путь, а нечетные — другой.
- Вариация знаков. Например, может быть так, что элементы четных степеней являются положительными, а элементы нечетных степеней — отрицательными, или наоборот.
- Повторение: повторяется ли одна и та же матрица каждое определенное количество степеней или нет.
- Мы также должны посмотреть, существует ли связь между показателем степени и элементами матрицы.
Пример расчета степени n матрицы:
- Быть
следующую матрицу, вычислите
И
.
Сначала вычислим несколько степеней матрицы
, чтобы попытаться угадать закономерность, которой следуют степени. Итак, мы рассчитываем
,
,
И
При расчете до
, мы видим, что степени матрицы
Они следуют закономерности: при каждом увеличении степени результат умножается на 2. Следовательно, все матрицы являются степенями 2:
Таким образом, мы можем вывести формулу для n-й степени матрицы
И по этой формуле мы можем вычислить
Решены проблемы с питанием матрицы
Упражнение 1
Рассмотрим следующую матрицу размерности 2×2:
Рассчитать:
Чтобы вычислить степень матрицы, необходимо умножить матрицу один на один. Поэтому сначала рассчитаем
Теперь мы вычисляем
И, наконец, мы вычисляем
Упражнение 2
Рассмотрим следующую матрицу второго порядка:
Рассчитать:
это слишком большая степень, чтобы ее можно было вычислить вручную, поэтому степени матрицы должны следовать шаблону. Итак, давайте посчитаем
чтобы попытаться понять последовательность, которой они следуют:
Таким образом, мы видим закономерность, по которой следуют степени: в каждой степени все числа остаются одинаковыми, кроме элемента во втором столбце второй строки, который умножается на 3. Следовательно, все числа всегда остаются одинаковыми. и последний элемент представляет собой степень 3:
Итак, формула n-й степени матрицы
Восток:
И по этой формуле мы можем вычислить
Упражнение 3
Рассмотрим следующую матрицу 3×3:
Рассчитать:
это слишком большая степень, чтобы ее можно было вычислить вручную, поэтому степени матрицы должны следовать шаблону. Итак, давайте посчитаем
чтобы попытаться понять последовательность, которой они следуют:
Таким образом, мы можем увидеть закономерность, по которой следуют степени: в каждой степени все числа остаются прежними, кроме дробей, которые увеличиваются на единицу в числителе:
Итак, формула степени n-й матрицы
Восток:
И по этой формуле мы можем вычислить
Упражнение 4
Рассмотрим следующую матрицу размера 2×2:
Рассчитать:
это слишком большая степень, чтобы ее можно было вычислить вручную, поэтому степени матрицы должны следовать шаблону. В этом случае необходимо рассчитать
чтобы знать последовательность, которой они следуют:
С помощью этих вычислений мы видим, что каждые 4 степени мы получаем единичную матрицу. То есть в результате это даст нам тождественную матрицу степеней.
,
,
,
,… Итак, чтобы вычислить
мы должны разложить 201 на числа, кратные 4:
,Еще,
это будет 50 раз
и однажды
И откуда мы это знаем
это единичная матрица
Более того, единичная матрица, возведенная в любое число, дает единичную матрицу. Еще:
И, наконец, любая матрица, умноженная на единичную матрицу, дает ту же самую матрицу. ТАК:
За что
равно
Упражнение 5
Рассмотрим следующую матрицу третьего порядка:
Рассчитать:
Очевидно, вычислим мощность матрицы
Это слишком объемное вычисление, чтобы его можно было выполнить вручную, поэтому степени матрицы должны следовать определенному шаблону. В этом случае необходимо рассчитать
чтобы знать последовательность, которой они следуют:
С помощью этих вычислений мы видим, что каждые 3 степени мы получаем единичную матрицу. То есть в результате это даст нам тождественную матрицу степеней.
,
,
,
,… Чтобы посчитать
Нам необходимо разложить 62 на кратные 3:
,Еще,
это будет 20 раз
и однажды
И откуда мы это знаем
это единичная матрица
Более того, единичная матрица, возведенная в любое число, дает единичную матрицу. Еще:
Наконец, любая матрица, умноженная на единичную матрицу, дает ту же матрицу. Еще:
За что
будет равен
, для которого мы ранее вычислили результат:
Если вам пригодились эти упражнения на полномочия квадратных матриц, вы также можете найти решенные пошаговые упражнения на сложение и вычитание матриц , одну из наиболее часто используемых операций с матрицами.