Gaussian elimination revisited
โถ Example. Keeping track of the elementary matrices duringGaussian elimination on ๐ด:
๐ด = โกโขโฃ2 14 โ6
โคโฅโฆ
๐ธ๐ด = โกโขโฃ
1 0โ2 1
โคโฅโฆ
โกโขโฃ2 14 โ6
โคโฅโฆ
= โกโขโฃ2 10 โ8
โคโฅโฆ
.
Note that๐ด = ๐ธโ1 โกโข
โฃ2 10 โ8
โคโฅโฆ
= โกโขโฃ1 02 1
โคโฅโฆ
โกโขโฃ2 10 โ8
โคโฅโฆ
We factored ๐ด as the product of a lower and upper triangularmatrix! We say that ๐ด has triangular factorization.
1
Gaussian elimination revisited
โถ Example. Keeping track of the elementary matrices duringGaussian elimination on ๐ด:
๐ด = โกโขโฃ2 14 โ6
โคโฅโฆ
๐ธ๐ด = โกโขโฃ
1 0โ2 1
โคโฅโฆ
โกโขโฃ2 14 โ6
โคโฅโฆ
= โกโขโฃ2 10 โ8
โคโฅโฆ
.
Note that๐ด = ๐ธโ1 โกโข
โฃ2 10 โ8
โคโฅโฆ
= โกโขโฃ1 02 1
โคโฅโฆ
โกโขโฃ2 10 โ8
โคโฅโฆ
We factored ๐ด as the product of a lower and upper triangularmatrix! We say that ๐ด has triangular factorization.
1
Gaussian elimination revisited
โถ Example. Keeping track of the elementary matrices duringGaussian elimination on ๐ด:
๐ด = โกโขโฃ2 14 โ6
โคโฅโฆ
๐ธ๐ด = โกโขโฃ
1 0โ2 1
โคโฅโฆ
โกโขโฃ2 14 โ6
โคโฅโฆ
= โกโขโฃ2 10 โ8
โคโฅโฆ
.
Note that๐ด = ๐ธโ1 โกโข
โฃ2 10 โ8
โคโฅโฆ
= โกโขโฃ1 02 1
โคโฅโฆ
โกโขโฃ2 10 โ8
โคโฅโฆ
We factored ๐ด as the product of a lower and upper triangularmatrix! We say that ๐ด has triangular factorization.
1
Gaussian elimination revisited
โถ Example. Keeping track of the elementary matrices duringGaussian elimination on ๐ด:
๐ด = โกโขโฃ2 14 โ6
โคโฅโฆ
๐ธ๐ด = โกโขโฃ
1 0โ2 1
โคโฅโฆ
โกโขโฃ2 14 โ6
โคโฅโฆ
= โกโขโฃ2 10 โ8
โคโฅโฆ
.
Note that๐ด = ๐ธโ1 โกโข
โฃ2 10 โ8
โคโฅโฆ
= โกโขโฃ1 02 1
โคโฅโฆ
โกโขโฃ2 10 โ8
โคโฅโฆ
We factored ๐ด as the product of a lower and upper triangularmatrix! We say that ๐ด has triangular factorization.
1
Gaussian elimination revisited
๐ด = ๐ฟ๐ is known as the LU decomposition of ๐ด.
โถ Definition.lower triangular
โกโขโขโขโขโขโขโฃ
โ 0 0 0 0โ โ 0 0 0โ โ โ 0 0โ โ โ โ 0โ โ โ โ โ
โคโฅโฅโฅโฅโฅโฅโฆ
upper triangular
โกโขโขโขโขโขโขโฃ
โ โ โ โ โ0 โ โ โ โ0 0 โ โ โ0 0 0 โ โ0 0 0 0 โ
โคโฅโฅโฅโฅโฅโฅโฆ
2
Gaussian elimination revisited
๐ด = ๐ฟ๐ is known as the LU decomposition of ๐ด.
โถ Definition.lower triangular
โกโขโขโขโขโขโขโฃ
โ 0 0 0 0โ โ 0 0 0โ โ โ 0 0โ โ โ โ 0โ โ โ โ โ
โคโฅโฅโฅโฅโฅโฅโฆ
upper triangular
โกโขโขโขโขโขโขโฃ
โ โ โ โ โ0 โ โ โ โ0 0 โ โ โ0 0 0 โ โ0 0 0 0 โ
โคโฅโฅโฅโฅโฅโฅโฆ
2
๐ฟ๐ decompostion
โถ Example. Factor ๐ด =โกโขโขโฃ
2 1 14 โ6 0
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
as ๐ด = ๐ฟ๐.
โถ Solution.
๐ธ1๐ด =โกโขโขโฃ
1 0 0โ2 1 00 0 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
2 1 14 โ6 0
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
=โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ2
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
๐ธ2(๐ธ1๐ด) =โกโขโขโฃ
1 0 00 1 01 0 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ2
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
=โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ20 8 3
โคโฅโฅโฆ
๐ธ3๐ธ2๐ธ1๐ด =โกโขโขโฃ
1 0 00 1 00 1 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ20 8 3
โคโฅโฅโฆ
=โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ20 0 1
โคโฅโฅโฆ
= ๐
3
๐ฟ๐ decompostion
โถ Example. Factor ๐ด =โกโขโขโฃ
2 1 14 โ6 0
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
as ๐ด = ๐ฟ๐.
โถ Solution.
๐ธ1๐ด =โกโขโขโฃ
1 0 0โ2 1 00 0 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
2 1 14 โ6 0
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
=โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ2
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
๐ธ2(๐ธ1๐ด) =โกโขโขโฃ
1 0 00 1 01 0 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ2
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
=โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ20 8 3
โคโฅโฅโฆ
๐ธ3๐ธ2๐ธ1๐ด =โกโขโขโฃ
1 0 00 1 00 1 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ20 8 3
โคโฅโฅโฆ
=โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ20 0 1
โคโฅโฅโฆ
= ๐
3
๐ฟ๐ decompostion
โถ Example. Factor ๐ด =โกโขโขโฃ
2 1 14 โ6 0
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
as ๐ด = ๐ฟ๐.
โถ Solution.
๐ธ1๐ด =โกโขโขโฃ
1 0 0โ2 1 00 0 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
2 1 14 โ6 0
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
=โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ2
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
๐ธ2(๐ธ1๐ด) =โกโขโขโฃ
1 0 00 1 01 0 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ2
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
=โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ20 8 3
โคโฅโฅโฆ
๐ธ3๐ธ2๐ธ1๐ด =โกโขโขโฃ
1 0 00 1 00 1 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ20 8 3
โคโฅโฅโฆ
=โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ20 0 1
โคโฅโฅโฆ
= ๐
3
๐ฟ๐ decompostion
โถ Example. Factor ๐ด =โกโขโขโฃ
2 1 14 โ6 0
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
as ๐ด = ๐ฟ๐.
โถ Solution.
๐ธ1๐ด =โกโขโขโฃ
1 0 0โ2 1 00 0 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
2 1 14 โ6 0
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
=โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ2
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
๐ธ2(๐ธ1๐ด) =โกโขโขโฃ
1 0 00 1 01 0 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ2
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
=โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ20 8 3
โคโฅโฅโฆ
๐ธ3๐ธ2๐ธ1๐ด =โกโขโขโฃ
1 0 00 1 00 1 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ20 8 3
โคโฅโฅโฆ
=โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ20 0 1
โคโฅโฅโฆ
= ๐
3
๐ฟ๐ decompostion
๐ธ3๐ธ2๐ธ1๐ด = ๐
โน ๐ด = ๐ธโ11 ๐ธโ1
2 ๐ธโ13 ๐
The factor ๐ฟ is given by
๐ฟ = ๐ธโ11 ๐ธโ1
2 ๐ธโ13
=โกโขโขโฃ
1 0 02 1 00 0 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
1 0 00 1 0
โ1 0 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
1 0 00 1 00 โ1 1
โคโฅโฅโฆ
=โกโขโขโฃ
1 0 02 1 0
โ1 โ1 1
โคโฅโฅโฆ
4
๐ฟ๐ decompostion
๐ธ3๐ธ2๐ธ1๐ด = ๐ โน ๐ด = ๐ธโ11 ๐ธโ1
2 ๐ธโ13 ๐
The factor ๐ฟ is given by
๐ฟ = ๐ธโ11 ๐ธโ1
2 ๐ธโ13
=โกโขโขโฃ
1 0 02 1 00 0 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
1 0 00 1 0
โ1 0 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
1 0 00 1 00 โ1 1
โคโฅโฅโฆ
=โกโขโขโฃ
1 0 02 1 0
โ1 โ1 1
โคโฅโฅโฆ
4
๐ฟ๐ decompostion
๐ธ3๐ธ2๐ธ1๐ด = ๐ โน ๐ด = ๐ธโ11 ๐ธโ1
2 ๐ธโ13 ๐
The factor ๐ฟ is given by
๐ฟ = ๐ธโ11 ๐ธโ1
2 ๐ธโ13
=โกโขโขโฃ
1 0 02 1 00 0 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
1 0 00 1 0
โ1 0 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
1 0 00 1 00 โ1 1
โคโฅโฅโฆ
=โกโขโขโฃ
1 0 02 1 0
โ1 โ1 1
โคโฅโฅโฆ
4
๐ฟ๐ decompostion
We found the following ๐ฟ๐ decomposition of ๐ด:
๐ด =โกโขโขโฃ
2 1 14 โ6 0
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
= ๐ฟ๐ =โกโขโขโฃ
1 0 02 1 0
โ1 โ1 1
โคโฅโฅโฆ
โกโขโขโฃ
2 1 10 โ8 โ20 0 1
โคโฅโฅโฆ
.
5
Why ๐ฟ๐ decomposition?Once we have ๐ด = ๐ฟ๐, it is simple to solve ๐ด๐ฅ๐ฅ๐ฅ = ๐๐๐.
๐ด๐ฅ๐ฅ๐ฅ = ๐๐๐๐ฟ(๐๐ฅ๐ฅ๐ฅ) = ๐๐๐
๐ฟ๐๐๐ = ๐๐๐ and ๐๐ฅ๐ฅ๐ฅ = ๐๐๐.Both of the final systems are triangular and hence easily solved:
โข ๐ฟ๐๐๐ = ๐๐๐ by forward substitution to find ๐๐๐, and thenโข ๐๐ฅ๐ฅ๐ฅ = ๐๐๐ by backward substitution to find ๐ฅ๐ฅ๐ฅ.
โถ Example. Solve
โกโขโขโฃ
2 1 14 โ6 0
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
๐ฅ๐ฅ๐ฅ =โกโขโขโฃ
410โ3
โคโฅโฅโฆ
.
6
Why ๐ฟ๐ decomposition?Once we have ๐ด = ๐ฟ๐, it is simple to solve ๐ด๐ฅ๐ฅ๐ฅ = ๐๐๐.
๐ด๐ฅ๐ฅ๐ฅ = ๐๐๐๐ฟ(๐๐ฅ๐ฅ๐ฅ) = ๐๐๐
๐ฟ๐๐๐ = ๐๐๐ and ๐๐ฅ๐ฅ๐ฅ = ๐๐๐.Both of the final systems are triangular and hence easily solved:
โข ๐ฟ๐๐๐ = ๐๐๐ by forward substitution to find ๐๐๐, and thenโข ๐๐ฅ๐ฅ๐ฅ = ๐๐๐ by backward substitution to find ๐ฅ๐ฅ๐ฅ.
โถ Example. Solve
โกโขโขโฃ
2 1 14 โ6 0
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
๐ฅ๐ฅ๐ฅ =โกโขโขโฃ
410โ3
โคโฅโฅโฆ
.
6
Why ๐ฟ๐ decomposition?Once we have ๐ด = ๐ฟ๐, it is simple to solve ๐ด๐ฅ๐ฅ๐ฅ = ๐๐๐.
๐ด๐ฅ๐ฅ๐ฅ = ๐๐๐๐ฟ(๐๐ฅ๐ฅ๐ฅ) = ๐๐๐
๐ฟ๐๐๐ = ๐๐๐ and ๐๐ฅ๐ฅ๐ฅ = ๐๐๐.Both of the final systems are triangular and hence easily solved:
โข ๐ฟ๐๐๐ = ๐๐๐ by forward substitution to find ๐๐๐, and thenโข ๐๐ฅ๐ฅ๐ฅ = ๐๐๐ by backward substitution to find ๐ฅ๐ฅ๐ฅ.
โถ Example. Solve
โกโขโขโฃ
2 1 14 โ6 0
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ
๐ฅ๐ฅ๐ฅ =โกโขโขโฃ
410โ3
โคโฅโฅโฆ
.
6
The inverse of a matrix
โถ Definition. An ๐ ร ๐ matrix ๐ด is invertible if there is a matrix ๐ตsuch that
๐ด๐ต = ๐ต๐ด = ๐ผ๐ร๐.
In that case, ๐ต is the inverse of ๐ด and is denoted by ๐ดโ1.
โถ Remark.
โข The inverse of a matrix is unique. (Why?)โข Do not write ๐ด
๐ต .
7
The inverse of a matrix
โถ Definition. An ๐ ร ๐ matrix ๐ด is invertible if there is a matrix ๐ตsuch that
๐ด๐ต = ๐ต๐ด = ๐ผ๐ร๐.
In that case, ๐ต is the inverse of ๐ด and is denoted by ๐ดโ1.โถ Remark.
โข The inverse of a matrix is unique. (Why?)
โข Do not write ๐ด๐ต .
7
The inverse of a matrix
โถ Definition. An ๐ ร ๐ matrix ๐ด is invertible if there is a matrix ๐ตsuch that
๐ด๐ต = ๐ต๐ด = ๐ผ๐ร๐.
In that case, ๐ต is the inverse of ๐ด and is denoted by ๐ดโ1.โถ Remark.
โข The inverse of a matrix is unique. (Why?)โข Do not write ๐ด
๐ต .
7
The inverse of a matrix
โถ Example. Let ๐ด = โกโขโฃ๐ ๐๐ ๐
โคโฅโฆ
. If ๐๐ โ ๐๐ โ 0, then
๐ดโ1 = 1๐๐ โ ๐๐
โกโขโฃ
๐ โ๐โ๐ ๐
โคโฅโฆ
.
โถ Example. The matrix ๐ด = โกโขโฃ0 10 0
โคโฅโฆ
is not invertible.
โถ Example. A 2 ร 2 matrix โกโขโฃ๐ ๐๐ ๐
โคโฅโฆ
is invertible if and only if
๐๐ โ ๐๐ โ 0.
8
The inverse of a matrix
โถ Example. Let ๐ด = โกโขโฃ๐ ๐๐ ๐
โคโฅโฆ
. If ๐๐ โ ๐๐ โ 0, then
๐ดโ1 = 1๐๐ โ ๐๐
โกโขโฃ
๐ โ๐โ๐ ๐
โคโฅโฆ
.
โถ Example. The matrix ๐ด = โกโขโฃ0 10 0
โคโฅโฆ
is not invertible.
โถ Example. A 2 ร 2 matrix โกโขโฃ๐ ๐๐ ๐
โคโฅโฆ
is invertible if and only if
๐๐ โ ๐๐ โ 0.
8
The inverse of a matrix
โถ Example. Let ๐ด = โกโขโฃ๐ ๐๐ ๐
โคโฅโฆ
. If ๐๐ โ ๐๐ โ 0, then
๐ดโ1 = 1๐๐ โ ๐๐
โกโขโฃ
๐ โ๐โ๐ ๐
โคโฅโฆ
.
โถ Example. The matrix ๐ด = โกโขโฃ0 10 0
โคโฅโฆ
is not invertible.
โถ Example. A 2 ร 2 matrix โกโขโฃ๐ ๐๐ ๐
โคโฅโฆ
is invertible if and only if
๐๐ โ ๐๐ โ 0.
8
The inverse of a matrix
Suppose ๐ด and ๐ต are invertible. Then
โข ๐ดโ1 is invertible and (๐ดโ1)โ1 = ๐ด.
โข ๐ด๐ is invertible and (๐ด๐ )โ1 = (๐ดโ1)๐ .โข ๐ด๐ต is invertible and (๐ด๐ต)โ1 = ๐ตโ1๐ดโ1. (Why?)
9
The inverse of a matrix
Suppose ๐ด and ๐ต are invertible. Then
โข ๐ดโ1 is invertible and (๐ดโ1)โ1 = ๐ด.โข ๐ด๐ is invertible and (๐ด๐ )โ1 = (๐ดโ1)๐ .
โข ๐ด๐ต is invertible and (๐ด๐ต)โ1 = ๐ตโ1๐ดโ1. (Why?)
9
The inverse of a matrix
Suppose ๐ด and ๐ต are invertible. Then
โข ๐ดโ1 is invertible and (๐ดโ1)โ1 = ๐ด.โข ๐ด๐ is invertible and (๐ด๐ )โ1 = (๐ดโ1)๐ .โข ๐ด๐ต is invertible and (๐ด๐ต)โ1 = ๐ตโ1๐ดโ1. (Why?)
9
Solving systems using matrix inverse
Theorem. Let ๐ด be invertible. Then the system ๐ด๐ฅ๐ฅ๐ฅ = ๐๐๐ has theunique solution ๐ฅ๐ฅ๐ฅ = ๐ดโ1๐๐๐.
10
Computing the inverse
โถ To solve ๐ด๐ฅ๐ฅ๐ฅ = ๐๐๐, we do row reduction on [ ๐ด โฃ ๐ ].
โถ To solve ๐ด๐ = ๐ผ, we do row reduction on [ ๐ด โฃ ๐ผ ].โถ To compute ๐ดโ1 (The Gauss-Jordan Method):
โข Form the augmented matrix [ ๐ด โฃ ๐ผ ].โข Compute the reduced echelon form.โข If ๐ด is invertible, the result is of the form [ ๐ผ โฃ ๐ดโ1 ].
11
Computing the inverse
โถ To solve ๐ด๐ฅ๐ฅ๐ฅ = ๐๐๐, we do row reduction on [ ๐ด โฃ ๐ ].โถ To solve ๐ด๐ = ๐ผ, we do row reduction on [ ๐ด โฃ ๐ผ ].
โถ To compute ๐ดโ1 (The Gauss-Jordan Method):
โข Form the augmented matrix [ ๐ด โฃ ๐ผ ].โข Compute the reduced echelon form.โข If ๐ด is invertible, the result is of the form [ ๐ผ โฃ ๐ดโ1 ].
11
Computing the inverse
โถ To solve ๐ด๐ฅ๐ฅ๐ฅ = ๐๐๐, we do row reduction on [ ๐ด โฃ ๐ ].โถ To solve ๐ด๐ = ๐ผ, we do row reduction on [ ๐ด โฃ ๐ผ ].โถ To compute ๐ดโ1 (The Gauss-Jordan Method):
โข Form the augmented matrix [ ๐ด โฃ ๐ผ ].โข Compute the reduced echelon form.โข If ๐ด is invertible, the result is of the form [ ๐ผ โฃ ๐ดโ1 ].
11
Computing the inverse
โถ Example. Find the inverse of ๐ด =โกโขโขโฃ
2 1 14 โ6 0
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ, if it exists.
โถ Solution.
โกโขโขโฃ
2 1 1 1 0 04 โ6 0 0 1 0
โ2 7 2 0 0 1
โคโฅโฅโฆ
๐ 2โถ๐ 2โ2๐ 1โโโโโโโโโโโ๐ 3โถ๐ 3+๐ 1
โกโขโขโฃ
2 1 1 1 0 00 โ8 โ2 โ2 1 00 8 3 1 0 1
โคโฅโฅโฆ
๐ 3โถ๐ 3+๐ 2โโโโโโโโโโโกโขโขโฃ
2 1 1 1 0 00 โ8 โ2 โ2 1 00 0 1 โ1 1 1
โคโฅโฅโฆ
โโโโโโโ โฆ
12
Computing the inverse
โถ Example. Find the inverse of ๐ด =โกโขโขโฃ
2 1 14 โ6 0
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ, if it exists.
โถ Solution.
โกโขโขโฃ
2 1 1 1 0 04 โ6 0 0 1 0
โ2 7 2 0 0 1
โคโฅโฅโฆ
๐ 2โถ๐ 2โ2๐ 1โโโโโโโโโโโ๐ 3โถ๐ 3+๐ 1
โกโขโขโฃ
2 1 1 1 0 00 โ8 โ2 โ2 1 00 8 3 1 0 1
โคโฅโฅโฆ
๐ 3โถ๐ 3+๐ 2โโโโโโโโโโโกโขโขโฃ
2 1 1 1 0 00 โ8 โ2 โ2 1 00 0 1 โ1 1 1
โคโฅโฅโฆ
โโโโโโโ โฆ
12
Computing the inverse
โถ Example. Find the inverse of ๐ด =โกโขโขโฃ
2 1 14 โ6 0
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ, if it exists.
โถ Solution.
โกโขโขโฃ
2 1 1 1 0 04 โ6 0 0 1 0
โ2 7 2 0 0 1
โคโฅโฅโฆ
๐ 2โถ๐ 2โ2๐ 1โโโโโโโโโโโ๐ 3โถ๐ 3+๐ 1
โกโขโขโฃ
2 1 1 1 0 00 โ8 โ2 โ2 1 00 8 3 1 0 1
โคโฅโฅโฆ
๐ 3โถ๐ 3+๐ 2โโโโโโโโโโโกโขโขโฃ
2 1 1 1 0 00 โ8 โ2 โ2 1 00 0 1 โ1 1 1
โคโฅโฅโฆ
โโโโโโโ โฆ
12
Computing the inverse
โถ Example. Find the inverse of ๐ด =โกโขโขโฃ
2 1 14 โ6 0
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ, if it exists.
โถ Solution.
โกโขโขโฃ
2 1 1 1 0 04 โ6 0 0 1 0
โ2 7 2 0 0 1
โคโฅโฅโฆ
๐ 2โถ๐ 2โ2๐ 1โโโโโโโโโโโ๐ 3โถ๐ 3+๐ 1
โกโขโขโฃ
2 1 1 1 0 00 โ8 โ2 โ2 1 00 8 3 1 0 1
โคโฅโฅโฆ
๐ 3โถ๐ 3+๐ 2โโโโโโโโโโโกโขโขโฃ
2 1 1 1 0 00 โ8 โ2 โ2 1 00 0 1 โ1 1 1
โคโฅโฅโฆ
โโโโโโโ โฆ
12
Computing the inverse
โถ Example. Find the inverse of ๐ด =โกโขโขโฃ
2 1 14 โ6 0
โ2 7 2
โคโฅโฅโฆ, if it exists.
โถ Solution.
โกโขโขโฃ
2 1 1 1 0 04 โ6 0 0 1 0
โ2 7 2 0 0 1
โคโฅโฅโฆ
๐ 2โถ๐ 2โ2๐ 1โโโโโโโโโโโ๐ 3โถ๐ 3+๐ 1
โกโขโขโฃ
2 1 1 1 0 00 โ8 โ2 โ2 1 00 8 3 1 0 1
โคโฅโฅโฆ
๐ 3โถ๐ 3+๐ 2โโโโโโโโโโโกโขโขโฃ
2 1 1 1 0 00 โ8 โ2 โ2 1 00 0 1 โ1 1 1
โคโฅโฅโฆ
โโโโโโโ โฆ
12
Computing the inverse
โโโโโโโโกโขโขโฃ
1 0 0 1216
โ516
โ616
0 1 0 48
โ38
โ28
0 0 1 โ1 1 1
โคโฅโฅโฆ
๐ดโ1 =โกโขโขโฃ
1216
โ516
โ616
48
โ38
โ28
โ1 1 1
โคโฅโฅโฆ
13
Why does it work?
โข Each row reduction corresponds to multiplying with anelementary matrix ๐ธ:
[ ๐ดโฃ ๐ผ ] โ [ ๐ธ1๐ดโฃ ๐ธ1๐ผ ] โ [ ๐ธ2๐ธ1๐ดโฃ ๐ธ2๐ธ1 ] โ โฆ
โฆ โ [ ๐น๐ด โฃ ๐น] where ๐น = ๐ธ๐ โฆ ๐ธ2๐ธ1.
โข If we manage to reduce [ ๐ดโฃ ๐ผ ] to [ ๐ผโฃ ๐น ], this means
๐น๐ด = ๐ผ โน ๐ดโ1 = ๐น.
14
Why does it work?
โข Each row reduction corresponds to multiplying with anelementary matrix ๐ธ:
[ ๐ดโฃ ๐ผ ] โ [ ๐ธ1๐ดโฃ ๐ธ1๐ผ ] โ [ ๐ธ2๐ธ1๐ดโฃ ๐ธ2๐ธ1 ] โ โฆ
โฆ โ [ ๐น๐ด โฃ ๐น] where ๐น = ๐ธ๐ โฆ ๐ธ2๐ธ1.
โข If we manage to reduce [ ๐ดโฃ ๐ผ ] to [ ๐ผโฃ ๐น ], this means
๐น๐ด = ๐ผ โน ๐ดโ1 = ๐น.
14
Why does it work?
โข Each row reduction corresponds to multiplying with anelementary matrix ๐ธ:
[ ๐ดโฃ ๐ผ ] โ [ ๐ธ1๐ดโฃ ๐ธ1๐ผ ] โ [ ๐ธ2๐ธ1๐ดโฃ ๐ธ2๐ธ1 ] โ โฆ
โฆ โ [ ๐น๐ด โฃ ๐น] where ๐น = ๐ธ๐ โฆ ๐ธ2๐ธ1.
โข If we manage to reduce [ ๐ดโฃ ๐ผ ] to [ ๐ผโฃ ๐น ], this means
๐น๐ด = ๐ผ โน ๐ดโ1 = ๐น.
14