Бесплатные калькуляторы
⌕ Поиск

Примеры запросов: процентыипотекаплощадьВсе калькуляторы бесплатны

ЛИНЕЙНАЯ АЛГЕБРА · ОНЛАЙН

Ранг матрицы

Калькулятор определяет ранг квадратной матрицы порядка от 1 до 8 методом Гаусса с выбором главного элемента. Ранг равен числу линейно независимых строк (и столбцов), то есть размерности пространства, которое они порождают. Матрица порядка n невырождена тогда и только тогда, когда её ранг равен n.

✓ Бесплатно⌁ С пояснением✦ Без регистрации
▦
КАЛЬКУЛЯТОР

Введите данные

Целое число от 1 до 8.
Ровно n × n чисел через пробел или точку с запятой, построчно; десятичная часть — через точку.
✓ Исходные значения передаются серверу только для выполнения расчёта. Регистрация не нужна.
ВАШ РЕЗУЛЬТАТ✓ Вычислено

Ранг матрицы

Численный ранг2

«Копировать картинку» помещает изображение результата в буфер обмена без сохранения файла — его можно сразу вставить в мессенджер или документ. Картинка и PDF содержат ссылку на calc-calc.ru.

Порог отбора опорного элемента: 1e-11 от максимального модуля элемента. При почти вырожденных матрицах результат зависит от масштаба и обусловленности.

Был ли калькулятор полезен?Одно касание — и мы поймём, какие инструменты улучшать.
ПОДРОБНЫЙ РАЗБОР · ФОРМУЛЫ И ПРИМЕРЫ

Ранг матрицы: определение, вычисление и смысл

Ранг показывает, сколько в матрице действительно независимой информации. Две строки могут выглядеть по-разному, но если одна получается из другой умножением на число, вторая ничего нового не добавляет.

В статье разобраны определение ранга, приведение к ступенчатому виду, связь с определителем и системами уравнений, а также ограничения вычисления на реальных данных.

Что такое ранг

Ранг матрицы — максимальное число линейно независимых строк. Строки независимы, если ни одна из них не выражается как линейная комбинация остальных. Эквивалентное определение — максимальное число независимых столбцов: по теореме о ранге оба числа совпадают.

Другая формулировка: ранг равен порядку наибольшего ненулевого минора. Для матрицы порядка 3 ранг 3 означает ненулевой определитель, ранг 2 — нулевой определитель, но хотя бы один ненулевой минор 2×2, ранг 1 — все миноры 2×2 нулевые, но есть ненулевой элемент.

Вычисление методом Гаусса

Элементарные преобразования строк (перестановка, умножение на ненулевое число, прибавление кратной другой строки) не меняют ранг. Матрицу приводят к ступенчатому виду, где под каждым опорным элементом стоят нули. Число ненулевых строк даёт ранг.

Пример: строки (1 2 3), (4 5 6), (7 8 9). После вычитания 4·R₁ и 7·R₁ остаются строки (0 −3 −6) и (0 −6 −12); вычитая из последней удвоенную предыдущую, получаем нулевую строку. Остаются две ненулевые, ранг 2. В самом деле, (7 8 9) = 2·(4 5 6) − (1 2 3).

Связь с определителем и обратной матрицей

Квадратная матрица порядка n с рангом n называется невырожденной: её определитель отличен от нуля, существует обратная матрица, а система A·x = b имеет единственное решение при любой правой части. Любое падение ранга означает вырожденность.

Дефект n − rank A показывает размерность пространства решений однородной системы A·x = 0. Для матрицы 3×3 ранга 2 решения образуют прямую, для ранга 1 — плоскость. Поэтому ранг применяют, чтобы понять, сколько свободных параметров будет у решения.

Ранг и произведение матриц

Ранг произведения не превосходит ранга каждого сомножителя: rank(AB) ≤ min(rank A, rank B). Умножение на невырожденную матрицу ранг не меняет. Это удобно для проверки: если матрица ранга 1 умножается на любую другую, результат тоже имеет ранг не выше 1.

Матрицу ранга 1 всегда можно записать как произведение столбца на строку. Пример: строки (1 2 3), (2 4 6), (3 6 9) получаются как столбец (1; 2; 3), умноженный на строку (1 2 3), и калькулятор возвращает ранг 1.

Численные ограничения

В арифметике с плавающей точкой элементы после вычитания могут быть не точными нулями, а числами порядка 10⁻¹⁶. Поэтому калькулятор считает элемент нулевым, если он по модулю не превосходит 10⁻¹¹ от наибольшего элемента матрицы. На целых и коротких десятичных данных это даёт верный ранг.

Для почти вырожденных матриц, например с элементом 10⁻¹² рядом с единицами, результат определяется порогом, а не математикой. В таких случаях ранг — свойство данных с погрешностью, и для серьёзного анализа применяют сингулярное разложение с анализом спектра.

Формула расчёта

ОСНОВНАЯ ФОРМУЛА

rank A = число ненулевых строк ступенчатого вида; rank A = n ⇔ det A ≠ 0

Проверенные примеры

Матрица из последовательных чисел

Найдите ранг матрицы со строками (1 2 3), (4 5 6), (7 8 9).

Вычитая из второй строки 4 первых и из третьей 7 первых, получаем (0 −3 −6) и (0 −6 −12). Вторая строка в два раза больше первой из них, поэтому третья обнуляется. Ненулевых строк две, ранг равен 2.

Пропорциональные строки

Ранг матрицы (1 2), (3 6).

Вторая строка равна первой, умноженной на 3. Независима только одна строка, ранг равен 1.

Как пользоваться онлайн-калькулятором

  1. Укажите порядок n квадратной матрицы.
  2. Введите все n × n элементов построчно, разделяя числа пробелами.
  3. Нажмите «Рассчитать» и прочитайте ранг.
ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ

Частые вопросы

Как связаны ранг и определитель?

У квадратной матрицы порядка n определитель отличен от нуля только при ранге n. Если ранг меньше n, определитель равен нулю и обратной матрицы не существует. Ранг при этом сообщает больше: насколько именно потеряна независимость строк.

Равны ли ранги по строкам и по столбцам?

Да, это теорема линейной алгебры: максимальное число независимых строк совпадает с максимальным числом независимых столбцов. Поэтому калькулятору достаточно исключения по строкам.

Почему ранг ограничен порядком 8?

Калькулятор рассчитан на учебные и небольшие прикладные матрицы. Вход ограничен 64 числами, чтобы список помещался в поле и результат оставался устойчивым.

Похожие калькуляторы

ПОДЕЛИТЬСЯ ИНСТРУМЕНТОМ

Встроить на свой сайт

Вставьте этот код в HTML-блок на своём сайте. Посетители смогут пользоваться калькулятором без перехода.

Прямая ссылка: https://calc-calc.ru/embed/calc_010029/

Предварительный просмотр