2.6矩陣的簡單應(yīng)用
[教學(xué)目標(biāo)]
一、知識(shí)復(fù)習(xí)
1、矩陣的乘法:不滿足交換律,滿足結(jié)合律、分配律、0-1律
兩個(gè)二階矩陣的乘法結(jié)果為
2、一個(gè)二階非零矩陣存在逆矩陣的條件是ad-bc≠0(主對角線積與副對角線積的差不為0),此時(shí)-1=
3、方程組的另外解法
(1)行列式法D=,Dx=,Dy=,所以,方程組的解為
(2)矩陣表示為AX=B,這樣X=A-1B
4、M=,λ1、λ2為其一個(gè)特征值,對應(yīng)的特征向量為、,則對于任意正整數(shù)n及, Mn= aλ1n+bλ2n
二、應(yīng)用
例1、A、B、C是三個(gè)城市交通情況,某人想從一個(gè)城市到另一城市,有幾種選擇;如果從一個(gè)城市出發(fā),先經(jīng)過一個(gè)城市再到另一個(gè)城市,有幾種選擇?
解:(1) M=
(2)N=
這種表示關(guān)系的圖形稱為網(wǎng)絡(luò)圖,其中交點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn);對應(yīng)的(1)反映直達(dá)交通情況的矩陣稱一級路矩陣;通過另一個(gè)點(diǎn)的矩陣稱為二極路矩陣,可以看出N=M2
練習(xí)1:有一個(gè)一級路矩陣,畫出其網(wǎng)絡(luò)圖()
練習(xí)2:寫出七橋問題的一級路矩陣M和二級路矩陣N(一區(qū)域變?yōu)辄c(diǎn),橋變?yōu)榫)
(M= N=)
例2、密碼發(fā)送的流程圖如圖所示,其原理是:發(fā)送將要傳送的信息數(shù)字化后用一個(gè)矩陣X表示,在矩陣左邊乘一個(gè)雙方約定好的可逆方陣A,得到B=AX,即B為傳送出去的密碼。接受方接到密碼后,只需左乘A-1,即可得到明文X=A-1B。
以二階矩陣為例,先將英文字母數(shù)字化,讓a→1,……,z→26(具體發(fā)送時(shí),個(gè)位數(shù)前加0,如1為01)先已發(fā)送密碼為07,13,39,67,雙方約定可逆矩陣密鑰為,試破解發(fā)送的密碼
解:令B=,則A=,AX=B,X=A-1B==
即發(fā)送的明文為back
這里,矩陣A稱密鑰
例3、自然界生物種群的成長受到多種條件因素的影響,比如出生率、死亡率、資源的可利用性與競爭、捕食者的獵殺乃至自然災(zāi)害等等。因此,它們和周邊環(huán)境是一種既相生又相克的生存關(guān)系。但是,如果沒有任何限制,種群也會(huì)泛濫成災(zāi)。現(xiàn)假設(shè)兩個(gè)互相影響的種群X,Y隨時(shí)間段變化的數(shù)量分別為{an},{bn},并有關(guān)系式,其中a1=6,b1=4,試分析20個(gè)時(shí)段后這兩個(gè)種群的數(shù)量變化趨勢。
解:設(shè)=,M=,=M,M的特征多項(xiàng)式f(λ)==0故特征值為4或-1,對應(yīng)的特征向量分別是=,=,=2+2
=M20=2×420+2×(-1)20≈
所以,20個(gè)時(shí)段后這兩個(gè)種群的數(shù)量分別約為242和3×241
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