数学のブログ

2次の行列と行列式 累乗、逆行列、非零、等式

行列と行列式 (現代数学への入門) (砂田 利一(著)、岩波書店)の第1章(2次の行列と行列式)、演習問題1.8の解答を求めてみる。

A = M 2 + 3 M + 2 I = [ a 1 a a ] [ a 1 a a ] + [ 3 a 3 3 a 3 a ] + [ 2 0 0 2 ] = [ a 2 + a 2 a 2 a 2 a 2 + a ] + [ 3 a 3 3 a 3 a ] + [ 2 0 0 2 ] = [ a 2 + 4 a + 2 2 a + 3 2 a 2 + 3 a a 2 + 4 a + 2 ]

1

A = M 2 + 3 M + 2 I A = ( M + 2 I ) ( M + I )

よって、

B = M + I = [ a + 1 1 a a + 1 ]

2

det A = det ( ( M + 2 I ) B ) = det ( M + 2 I ) det B = det [ a + 2 1 a a + 2 ] det [ a + 1 1 a a + 1 ] = ( ( a + 2 ) 2 - a ) ( ( a + 1 ) 2 - a ) = ( a 2 + 3 a + 4 ) ( a 2 + a + 1 ) = ( ( a + 3 2 ) 2 + 7 4 ) ( ( a + 1 2 ) 2 + 3 4 ) > 0

よってAは逆行列をもつ。

その逆行列 を 求める。

A - 1 = 1 ( a 2 + 3 a + 4 ) ( a 2 + a + 1 ) [ a 2 + 4 a + 2 - ( 2 a + 3 ) - ( 2 a 2 + 3 a ) a 2 + 4 a + 2 ]

3

2 a + 3 = 0 a = - 3 2 p = q = a 2 + 4 a + 2 ( a 2 + 3 a + 4 ) ( a 2 + a + 1 ) = 9 4 - 6 + 2 ( 9 4 - 9 2 + 4 ) ( 9 4 - 3 2 + 1 ) = 9 - 24 + 8 4 · 4 9 - 18 + 16 · 4 9 - 6 + 4 = - 7 · 4 7 · 7 = - 4 7