משתמש:איתמר שטיין

מתוך Math-Wiki


הוכחה לטענה ש [math]\displaystyle{ A }[/math] הפיכה [math]\displaystyle{ \Leftrightarrow }[/math] ניתן להציג את [math]\displaystyle{ A }[/math] כמכפלת מטריצות אלמנטריות.

שלב א':

כל מטריצה אלמנטרית היא הפיכה ומתקיים

[math]\displaystyle{ (\rho_{i,j})^{-1} = \rho_{i,j} }[/math]

[math]\displaystyle{ (\rho_{k\cdot i})^{-1} = \rho_{{\frac{1}{k}}\cdot i} }[/math]

[math]\displaystyle{ (\rho_{i+k\cdot j})^{-1} = \rho_{i-k\cdot j} }[/math]


שלב ב': הוכחת [math]\displaystyle{ \Rightarrow }[/math].

אם [math]\displaystyle{ A }[/math] היא מכפלה של מטריצות אלמנטריות אז היא מכפלה של מטריצות הפיכות ולכן הפיכה.

שלב ג': מטריצה [math]\displaystyle{ C }[/math] בעלת שורת אפסים היא לא הפיכה. כי לכל מטריצה [math]\displaystyle{ B }[/math] שהיא (נניח ש [math]\displaystyle{ i }[/math] היא שורת האפסים)

מתקיים לפי כפל שורה שורה [math]\displaystyle{ R_i(AB)=R_i(A)B=0 \neq R_i(I) }[/math].

שלב ד': נתחיל להוכיח את [math]\displaystyle{ \Leftarrow }[/math].

אם [math]\displaystyle{ A }[/math] הפיכה, הצורה המדורגת קנונית שלה היא [math]\displaystyle{ I }[/math].

הסבר: נסמן את הצורה המדורגת קנונית של [math]\displaystyle{ A }[/math] ב [math]\displaystyle{ P }[/math].

קיימות מטריצות אלמנטריות [math]\displaystyle{ E_1,\ldots ,E_k }[/math] כך ש

[math]\displaystyle{ E_1\cdot E_2 \cdot \ldots \cdot E_k A = P }[/math].

[math]\displaystyle{ P }[/math] הפיכה כי היא מכפלה של מטריצות הפיכות.

אבל לצורה מדורגת של מטריצה ריבועית יש רק 2 אפשרויות. או שהיא [math]\displaystyle{ I }[/math] או שיש בה שורת אפסים.

לכן [math]\displaystyle{ P=I }[/math]. (מטריצה בעלת שורת אפסים היא לא הפיכה).

שלב ה: סיום

נותר רק לכפול משמאל את

[math]\displaystyle{ E_1\cdot E_2 \cdot \ldots \cdot E_k A = I }[/math].

ב [math]\displaystyle{ (E_k)^{-1}\cdot (E_{k-1})^{-1} \cdot \ldots \cdot (E_1)^{-1} }[/math].

ולקבל

[math]\displaystyle{ A = (E_k)^{-1}\cdot (E_{k-1})^{-1} \cdot \ldots \cdot (E_1)^{-1} }[/math]

היות והופכי של מטריצה אלמנטרית הוא גם מטריצה אלמנטרית.

קיבלנו ש[math]\displaystyle{ A }[/math] היא מכפלה של מטריצות אלמנטריות.--איתמר שטיין 20:44, 27 באוגוסט 2012 (IDT)