質問<137>99/5/1
from=mebius
「n行n列の逆行列の求め方」


はじめまして。
タイトルどおりなのですが、これに悩まされております。
参考書などでは2*2の例があり、こういうものかとサクっ
と解けるのですが、3*3、4*4(今回教えていただきたい
のはこれです)あたりになると、どういった過程で求めればよ
いのか皆目検討が付きません。
 是非ご教授お願いします。


お返事99/5/1
from=武田


次の三元一次連立方程式を解いてみましょう。
┌5x+6y+7z=8
│ x+2y+3z=4
└9x+10y- z=-2
行列を使って表現すると、
┌5 6 7┐┌x┐ ┌8┐
|1 2 3||y|=|4|
└9 10 -1┘└z┘ └-2┘
となる。
┌5 6 7┐
|1 2 3|
└9 10 -1┘を行列Aとすると、逆行列A-1は
掃き出し法で、連立方程式の解を求めると同時に求めること
が出来る。

行│x y z│定数項│  逆行列   │操作
─┼─────┼───┼────────┼───────
1│5 6 7| 8 |1  0   0|
2|1 2 3| 4 |0  1   0|
3|9 10 -1| -2 |0  0   1|
─┼─────┼───┼────────┼───────
4│1 2 3| 4 |0  1   0|2行
5|5 6 7| 8 |1  0   0|1行
6│9 10 -1| -2 |0  0   1|
─┼─────┼───┼────────┼───────
7│1 2 3| 4 |0  1   0|
8|0 -4 -8| -12 |1  -5   0|5行-4行×5
9│0 -8 -28| -38 |0  -9   1|6行-4行×9
─┼─────┼───┼────────┼───────
10│1 2 3| 4 |0  1   0|
11|0 1 2| 3 |-1/4 5/4   0|8行÷(-4)
12│0 -8 -28| -38 |0  -9   1|
─┼─────┼───┼────────┼───────
13│1 0 -1| -2 |1/2 -3/2   0|10行-11行×2
14|0 1 2| 3 |-1/4 5/4   0|
15│0 0 -12| -14 |-2  1   1|12行+11行×8
─┼─────┼───┼────────┼───────
16│1 0 -1| -2 |1/2 -3/2   0|
17|0 1 2| 3 |-1/4 5/4   0|
18│0 0 1| 7/6 |1/6 -1/12 -1/12|15行÷(-12)
─┼─────┼───┼────────┼───────
19│1 0 0|-5/6 |2/3 -19/12 -1/12|16行+18行
20|0 1 0| 2/3 |-7/12 4/3  1/6|17行-18行×2
21│0 0 1| 7/6 |1/6 -1/12 -1/12|
─┴─────┴───┴────────┴───────

行列Aが単位行列Iになるのと同時に、単位行列Iが逆行列
A-1となる。逆行列A-1は
┌2/3  -19/12 -1/12┐  1┌8 -19 -1┐
|-7/12  4/3  1/6|=──|-7  16 2|
└1/6  -1/12 -1/12┘ 12└2  -1 -1┘
となる。
また、連立方程式の解はx=-5/6,y=2/3,z=7/6 である。
逆行列だけ求めるときは、上の表の定数項の列をカットして計
算して下さい。

大学の線形代数学の行列式のところに、逆行列の計算公式がの
っていますので、そちらも参考にして下さい。