El càlcul de la matriu inversa és una eina indispensable de l'àlgebra lineal.
Donada una matriu $$A$$, la seva inversa $$A^{-1}$$ és tal que compleix el següent:
$$$A\cdot A^{-1}=I$$$
on $$I$$ és la matriu identitat, amb tots els seus elements nuls llevat dels de la diagonal principal, que són $$1$$.
Sigui la matriu:
$$$A=\left( \begin{array}{ccc} 1 & 1 & 0 \\ 1 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 0 \end{array} \right)$$$
Com es troba la matriu inversa segons el mètode de Gauss?
1) S'afegeix la matriu identitat a la matriu $$A$$.
$$$\left( \begin{array}{cccccc} 1 & 1 & 0 & 1 & 0 & 0\\ 1 & 0 & 1 & 0 & 1 & 0\\ 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 1 \end{array} \right)$$$
(Vegis $$I=\left( \begin{array}{ccc} 1 & 0 & 0\\ 0 & 1 & 0\\ 0 & 0 & 1 \end{array} \right)$$)
2) Mitjançant el mètode de Gauss es pretén passar la matriu identitat a l'esquerra. El que quedi al costat dret serà la matriu inversa. És a dir, es vol aconseguir
$$$\left( \begin{array}{cccccc} 1 & 0 & 0 & \fbox{ } & \fbox{ } & \fbox{ }\\ 0 & 1 & 0 & \fbox{ } & \fbox{ } & \fbox{ }\\ 0 & 0 & 1 & \fbox{ } & \fbox{ } & \fbox{ } \end{array} \right)$$$
El que resulti als espais buits serà la matriu inversa $$A^{-1}$$.
Quina és la matriu inversa de la següent matriu?
$$$A=\left( \begin{array}{ccc} 1 & 1 & 0 \\ 1 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 0 \end{array} \right)$$$
S'ha de seguir el procediment pas a pas.
1) En primer lloc s'afegeix la matriu identitat a la dreta de la matriu originària:
$$$\left( \begin{array}{cccccc} 1 & 1 & 0 & 1 & 0 & 0\\ 1 & 0 & 1 & 0 & 1 & 0\\ 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 1 \end{array} \right)$$$
2) S'ha de "transportar" la matriu identitat a l'esquerra mitjançant el mètode de Gauss.
Aquest mètode requereix certa intuïció, perquè no és una recepta exacta. De tota manera la intuïció es pot suplir amb la pràctica i el mètode de Gauss acaba resultant molt més còmode del que sembla en un principi.
$$$\left( \begin{array}{cccccc} 1 & 1 & 0 & 1 & 0 & 0\\ 1 & 0 & 1 & 0 & 1 & 0\\ 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 1 \end{array} \right) \rightarrow (fila2-fila1)\rightarrow \left( \begin{array}{cccccc} 1 & 1 & 0 & 1 & 0 & 0\\ 0 & -1 & 1 & -1 & 1 & 0\\ 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 1 \end{array} \right)$$$
$$$\left( \begin{array}{cccccc} 1 & 1 & 0 & 1 & 0 & 0\\ 0 & -1 & 1 & -1 & 1 & 0\\ 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 1 \end{array} \right) \rightarrow (fila3+fila2)\rightarrow \left( \begin{array}{cccccc} 1 & 1 & 0 & 1 & 0 & 0\\ 0 & -1 & 1 & -1 & 1 & 0\\ 0 & 0 & 1 & -1 & 1 & 1 \end{array} \right)$$$
$$$\left( \begin{array}{cccccc} 1 & 1 & 0 & 1 & 0 & 0\\ 0 & -1 & 1 & -1 & 1 & 0\\ 0 & 0 & 1 & -1 & 1 & 1 \end{array} \right) \rightarrow (fila2-fila3)\rightarrow \left( \begin{array}{cccccc} 1 & 1 & 0 & 1 & 0 & 0\\ 0 & -1 & 0 & 0 & 0 & -1\\ 0 & 0 & 1 & -1 & 1 & 1 \end{array} \right)$$$
$$$\left( \begin{array}{cccccc} 1 & 1 & 0 & 1 & 0 & 0\\ 0 & -1 & 0 & 0 & 0 & -1\\ 0 & 0 & 1 & -1 & 1 & 1 \end{array} \right) \rightarrow (fila1+fila2)\rightarrow \left( \begin{array}{cccccc} 1 & 0 & 0 & 1 & 0 & -1\\ 0 & -1 & 0 & 0 & 0 & -1\\ 0 & 0 & 1 & -1 & 1 & 1 \end{array} \right)$$$
Finalment es multiplica la $$fila2$$ per $$(-1)$$ i ja tenim la identitat a l'esquerra.
$$$\left( \begin{array}{cccccc} 1 & 0 & 0 & 1 & 0 & -1\\ 0 & -1 & 0 & 0 & 0 & -1\\ 0 & 0 & 1 & -1 & 1 & 1 \end{array} \right) \rightarrow ((-1)\cdot fila2)\rightarrow \left( \begin{array}{cccccc} 1 & 0 & 0 & 1 & 0 & -1\\ 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 1\\ 0 & 0 & 1 & -1 & 1 & 1 \end{array} \right)$$$
I s'identifica:
$$$A^{-1}=\left( \begin{array}{ccc} 1 & 0 & -1\\ 0 & 0 & 1\\ -1 & 1 & 1 \end{array} \right)$$$
Comprovació:
Es recomana fer la comprovació després del càlcul, ja que els errors solen ser freqüents. Per a tal efecte s'utilitza la pròpia definició de matriu inversa:
$$$A\cdot A^{-1}=\left( \begin{array}{ccc} 1 & 0 & 0\\ 0 & 1 & 0\\ 0 & 0 & 1 \end{array} \right)$$$
Efectivament es demostra:
$$$\left( \begin{array}{ccc} 1 & 1 & 0\\ 1 & 0 & 1\\ 0 & 1 & 0 \end{array} \right)\cdot\left( \begin{array}{ccc} 1 & 0 & -1\\ 0 & 0 & 1\\ -1 & 1 & 1 \end{array} \right)=\left( \begin{array}{ccc} 1 & 0 & 0\\ 0 & 1 & 0\\ 0 & 0 & 1 \end{array} \right)$$$