2.6矩阵的简单应用
[教学目标]
一、知识复习
1、矩阵的乘法:不满足交换律,满足结合律、分配律、0-1律
两个二阶矩阵的乘法结果为
2、一个二阶非零矩阵存在逆矩阵的条件是ad-bc≠0(主对角线积与副对角线积的差不为0),此时
-1=
3、方程组的另外解法
(1)行列式法D=,Dx=
,Dy=
,所以,方程组的解为
(2)矩阵表示为AX=B,这样X=A-1B
4、M=,λ1、λ2为其一个特征值,对应的特征向量为
、
,则对于任意正整数n及
, Mn
= aλ1n
+bλ2n
二、应用
例1、A、B、C是三个城市交通情况,某人想从一个城市到另一城市,有几种选择;如果从一个城市出发,先经过一个城市再到另一个城市,有几种选择?
解:(1)
M=
(2)N=
这种表示关系的图形称为网络图,其中交点称为结点;对应的(1)反映直达交通情况的矩阵称一级路矩阵;通过另一个点的矩阵称为二极路矩阵,可以看出N=M2
练习1:有一个一级路矩阵,画出其网络图(
)
练习2:写出七桥问题的一级路矩阵M和二级路矩阵N(一区域变为点,桥变为线)
(M=
N=
)
例2、密码发送的流程图如图所示,其原理是:发送将要传送的信息数字化后用一个矩阵X表示,在矩阵左边乘一个双方约定好的可逆方阵A,得到B=AX,即B为传送出去的密码。接受方接到密码后,只需左乘A-1,即可得到明文X=A-1B。
以二阶矩阵为例,先将英文字母数字化,让a→1,……,z→26(具体发送时,个位数前加0,如1为01)先已发送密码为07,13,39,67,双方约定可逆矩阵密钥为,试破解发送的密码
解:令B=,则A=
,AX=B,X=A-1B=
=
即发送的明文为back
这里,矩阵A称密钥
例3、自然界生物种群的成长受到多种条件因素的影响,比如出生率、死亡率、资源的可利用性与竞争、捕食者的猎杀乃至自然灾害等等。因此,它们和周边环境是一种既相生又相克的生存关系。但是,如果没有任何限制,种群也会泛滥成灾。现假设两个互相影响的种群X,Y随时间段变化的数量分别为{an},{bn},并有关系式,其中a1=6,b1=4,试分析20个时段后这两个种群的数量变化趋势。
解:设=
,M=
,
=M
,M的特征多项式f(λ)=
=0故特征值为4或-1,对应的特征向量分别是
=
,
=
,
=2
+2
=M20
=2×420
+2×(-1)20
≈
所以,20个时段后这两个种群的数量分别约为242和3×241