与えられた行列 $A = \begin{bmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 1 & -1 & 0 \\ 0 & -1 & -1 \end{bmatrix}$ の階数(ランク)を求める問題です。

代数学線形代数行列階数ランク行基本変形
2025/5/10

1. 問題の内容

与えられた行列 A=[101110011]A = \begin{bmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 1 & -1 & 0 \\ 0 & -1 & -1 \end{bmatrix} の階数(ランク)を求める問題です。

2. 解き方の手順

行列 AA の階数を求めるために、行列を簡約化(行基本変形)します。
ステップ1: 2行目から1行目を引きます。
[101111001011]=[101011011]\begin{bmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 1-1 & -1-0 & 0-1 \\ 0 & -1 & -1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 0 & -1 & -1 \\ 0 & -1 & -1 \end{bmatrix}
ステップ2: 2行目を-1倍します。
[101011011]\begin{bmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & -1 & -1 \end{bmatrix}
ステップ3: 3行目に2行目を足します。
[10101101+11+1]=[101011000]\begin{bmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & -1+1 & -1+1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{bmatrix}
簡約化された行列は [101011000]\begin{bmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{bmatrix} となります。
この行列は2つの線形独立な行ベクトルを持っています。したがって、行列 AA の階数は2です。

3. 最終的な答え

行列 A の階数は 2 です。

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