Inversa de una matriz A

En cada paso del método propuesto anteriormente se obtiene una matriz que es el producto de la matriz del paso anterior por matrices elementales.

Si se denota por   V j ,  a la matriz de partida en el paso j-ésimo, la matriz que se obtiene es V j+1 = V j M j  donde  M j  es producto de matrices elementales.

Por ejemplo, en el segundo paso, j=2, se tiene una vez calculados los pivotes: V 2 = ( 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 ) pivote 3 0 2 1 transformación V 3 =( 1/2 1 1/2 1/2 3/2 0 1/2 1/2 1/2 0 1/2 3/2 1/2 1 1/2 1/2 )

V 3 = V 2 M 2 siendo M 2 =( 1 0 0 0 0 1 0 0 3/2 0 1/2 1/2 0 0 0 1 )

La matriz   M 2   es el producto de cuatro matrices elementales

 M 2 = ( 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1/2 0 0 0 0 1 ) C 3 ( 2 ) ( 1 0 0 0 0 1 0 0 3 0 1 0 0 0 0 1 ) C 13 ( 1 ) ( 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 ) C 23 ( 0 ) ( 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 ) C 43 ( 1 ) =( 1 0 0 0 0 1 0 0 3/2 0 1/2 1/2 0 0 0 1 )

Se verá ahora que si A es una matriz invertible de orden n con el proceso descrito y después de n iteraciones la matriz que se obtiene es la matriz inversa de A

Bastará ver que la fila j-ésima de A por la matriz  V n   nos da la j-ésima fila de la matriz identidad. Gráficamente:

El producto de   a j T V j  es el vector que contiene los pivotes en el paso j-ésimo.

Si se multiplica ahora por la matriz Mj hay que tener en cuenta que esta matriz es el producto de matrices elementales por columnas. Las operaciones elementales asociadas son:

  • dividir la columna j-ésima por el pivote

  • restar a cada columna la columna pivote transformada multiplicada por el producto escalar de su correspondiente columna.

Por esta razón se obtiene el vector con todas las componentes cero, salvo un uno en el lugar j-ésimo:

Analíticamente:

 A= ( a 1 , a 2 ,..., a n ) T     A=( a 11 a 12 ... a 1n a 21 a 22 ... a 2n ... ... a n1 a n2 ... a nn ) a 1T a 2T ... a nT

Veamos que A V n = ( a 1 , a 2 ,..., a n ) T V n = I n

Se cumple entonces que: a j T V n = a j T V j M j ... M n = t j T M j ... M n = e j T M j+1 ... M n = e j T