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


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(武田)
日付 99/5/1
回答者 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
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 |-\(\frac{1}{4}\) \(\frac{5}{4}\)   0|8行÷(-4)
12│0 -8 -28| -38 |0  -9   1|
─┼─────┼───┼────────┼───────
13│1 0 -1| -2 |\(\frac{1}{2}\) -\(\frac{3}{2}\)   0|10行-11行×2
14|0 1 2| 3 |-\(\frac{1}{4}\) \(\frac{5}{4}\)   0|
15│0 0 -12| -14 |-2  1   1|12行+11行×8
─┼─────┼───┼────────┼───────
16│1 0 -1| -2 |\(\frac{1}{2}\) -\(\frac{3}{2}\)   0|
17|0 1 2| 3 |-\(\frac{1}{4}\) \(\frac{5}{4}\)   0|
18│0 0 1| \(\frac{7}{6}\) |\(\frac{1}{6}\) -\(\frac{1}{12}\) -\(\frac{1}{12}\)|15行÷(-12)
─┼─────┼───┼────────┼───────
19│1 0 0|-\(\frac{5}{6}\) |\(\frac{2}{3}\) -\(\frac{19}{12}\) -\(\frac{1}{12}\)|16行+18行
20|0 1 0| \(\frac{2}{3}\) |-\(\frac{7}{12}\) \(\frac{4}{3}\)  \(\frac{1}{6}\)|17行-18行×2
21│0 0 1| \(\frac{7}{6}\) |\(\frac{1}{6}\) -\(\frac{1}{12}\) -\(\frac{1}{12}\)|
─┴─────┴───┴────────┴───────

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
-1となる。逆行列A-1
┌\(\frac{2}{3}\)  -\(\frac{19}{12}\) -\(\frac{1}{12}\)┐  1┌8 -19 -1┐
|-\(\frac{7}{12}\)  \(\frac{4}{3}\)  \(\frac{1}{6}\)|=──|-7  16 2|
└\(\frac{1}{6}\)  -\(\frac{1}{12}\) -\(\frac{1}{12}\)┘ 12└2  -1 -1┘
となる。
また、連立方程式の解はx=-\(\frac{5}{6}\),y=\(\frac{2}{3}\),z=\(\frac{7}{6}\) 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。