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

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两个二阶矩阵的乘法结果为

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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=

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3、方程组的另外解法

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(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

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  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

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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?

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解:(1)         M=

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(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

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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)

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(M=         N=

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  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。

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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

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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

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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。

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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

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=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

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同步练习册答案