Полигон YMLSYMLS PolygonТашкент · 2026Tashkent · 2026
до попыткиuntil the attempt —
День 18 —, РасширениеExtension

Внешнее произведение и обратная матрицаOuter products and inverse matrices

Дополнительное занятие без календарной даты. Проходи после указанных предпосылок; основной календарь сохраняется.An additional session without a calendar date. Complete the stated prerequisites first; the core calendar is retained.

0% дня закрыто · решено задач 0 из 15

цель дня
RU

Построить матрицу из столбцов, вычислить определитель и след обратной матрицы обычным методом Гаусса. Проверить ответ матричным умножением.

EN

Construct a matrix from columns, calculate its determinant and inverse trace by ordinary Gaussian elimination, and verify the answer by matrix multiplication.

Самостоятельные задачи

К концу дня нужно уметь решать эти задачи самостоятельно, без подсказок.

Мост · что нужно вспомнить
RU

Предпосылки — дни 9, 10. Если соответствующий приём не получается без подсказки, вернись к их базовым упражнениям. Затем прочитай новый урок до финалов. Двигайся по навыкам сверху вниз: сначала смысл объектов и простое действие, затем построение выражения и проверка, наконец самостоятельная сборка. В практике каждого метода соблюдай порядок ступеней 1–2 → 3 → 4.

EN

Prerequisites: days 9, 10. If you cannot apply a prerequisite without a hint, return to its basic exercises. Read the new lesson before attempting the finals. Work through the skills from top to bottom: first identify the objects and perform a simple operation, then construct and check an expression, and finally combine the steps independently. Within each method, follow practice steps 1–2 → 3 → 4.

Вспомни вслух, до открытия конспектов:

  1. Произведение матриц: строка на столбец.Matrix multiplication: row times column.
  2. Определители и допустимые преобразования строк из дня 10.Determinants and valid row operations from day 10.

Повторение прошлых дней

Карточки возвращаются через 1, 2, 4, 7, 14 и 21 день в зависимости от того, насколько уверенно ты их вспомнил; «не помню» отправляет карточку в начало. Это часть разогрева, вместе с блоком «Мост».

Комбинаторика день 1 осталось 126
RU

Правило умножения: две оговорки, без которых оно не работает

EN

The multiplication rule: two qualifications without which it does not work

Сначала сформулируй вслух. Попытка вспомнить закрепляет сильнее, чем чтение готового ответа.

5 задач: подборка покрывает темы и микронавыки последнего учебного дня (17), а для каждой идеи выбирает наиболее сильный доступный уровень. Здесь отдельная попытка: решение в исходном дне не подставляется. Сначала назови тему вслух, затем решай.

Y1705Уровень YMLSВероятностьавторская
RU

В ряд ставят $5$ различных обычных книг и $3$ различных редких книг. Все перестановки равновероятны. Найдите вероятность того, что никакие две редкие книги не соседствуют.

Ответ округлите до четырёх знаков после запятой.

EN

Arrange $5$ distinct ordinary books and $3$ distinct rare books in a row. All permutations are equally likely. Find the probability that no two rare books are adjacent.

Round your answer to four decimal places.

Подсказка / Hint
RU

Уберите редкие книги и посчитайте места для их возвращения, включая края.

EN

Remove the rare books and count where they can be put back, including the ends.

Решение / Solution
RU

Сначала упорядочим обычные книги: $5!$ способов. Между ними и по краям $6$ промежутков. В каждый кладём не более одной редкой книги: выбираем $3$ промежутка и переставляем редкие книги внутри выбранных мест. Получаем $5!\binom{6}{3}3!=14400$. Каждая допустимая расстановка восстанавливает ровно этот выбор.

Всего равновозможных перестановок $(5+3)!$. Делим благоприятное число на общее: $P=0.3571$. Порядок различимых книг учтён и в числителе, и в знаменателе.

EN

First arrange the ordinary books in $5!$ ways. There are $6$ gaps, including both ends. Put at most one rare book in each: choose $3$ gaps and order the rare books in the chosen positions. This gives $5!\binom{6}{3}3!=14400$. Every valid arrangement uniquely recovers this construction.

There are $(5+3)!$ equally likely permutations in total. Divide favorable by total: $P=0.3571$. The identities of the books are counted consistently in numerator and denominator.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью
Y1704Уровень YMLSВероятностьавторская
RU

Урна A содержит $4$ белых и $1$ чёрных шаров, урна B — $1$ белых и $4$ чёрных. A выбирают с вероятностью $0.25$, иначе B. Из выбранной урны равновероятно берут шар; он белый.

Первый шар возвращают. Сравните два протокола: S — второй шар берут из той же урны; R — урну выбирают заново независимо с исходными вероятностями. Найдите $P_S(\text{белый})-P_R(\text{белый})$.

Ответ округлите до четырёх знаков после запятой.

EN

Urn A contains $4$ white and $1$ black balls; urn B contains $1$ white and $4$ black balls. Choose A with probability $0.25$, otherwise B. A uniformly drawn ball from the selected urn is white.

Replace the first ball. Compare two protocols: S draws again from the same urn; R independently selects an urn again using the original probabilities. Find $P_S(\text{white})-P_R(\text{white})$.

Round your answer to four decimal places.

Подсказка / Hint
RU

Разделите задачу на два вопроса: что наблюдение говорит об источнике и что именно меняется перед вторым извлечением?

EN

Separate two questions: what does the observation tell you about the source, and what exactly changes before the second draw?

Решение / Solution
RU

Сначала обновляем источник. Вероятность первого белого равна $z=1/4\cdot4/5+(1-1/4)\cdot1/5=7/20$. После наблюдения веса A и B равны $4/7$ и $3/7$: это соответствующие слагаемые, делённые на $z$. Они суммируются в $1$.

При сохранении урны используем обновлённые веса и вероятности второго белого внутри урны: $4/7\cdot(4/5)+3/7\cdot(1/5)=19/35$. При возвращении состав урн прежний, но веса выбора после наблюдения уже изменились.

Новый независимый выбор возвращает исходные веса, поэтому $P_R=7/20$. Разность равна $27/140=0.1929$.

EN

First update the source. The probability of the first white is $z=1/4\cdot4/5+(1-1/4)\cdot1/5=7/20$. After observing it, the weights of A and B are $4/7$ and $3/7$: divide each corresponding contribution by $z$. They sum to $1$.

When retaining the urn, use the updated weights and the within-urn probabilities of the second white: $4/7\cdot(4/5)+3/7\cdot(1/5)=19/35$. Replacement preserves each urn composition, but the source weights have changed after the observation.

A fresh independent selection uses the original weights, so $P_R=7/20$. The difference is $27/140=0.1929$.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью
Y1701Уровень YMLSВероятностьавторская
RU

Урна A содержит $3$ белых и $2$ чёрных шаров, урна B — $1$ белых и $3$ чёрных. A выбирают с вероятностью $0.4$, иначе B. Из выбранной урны равновероятно берут шар; он белый.

Первый шар не возвращают. Второй берут из той же урны, не выбирая урну заново. Найдите вероятность, что второй шар белый.

Ответ округлите до четырёх знаков после запятой.

EN

Urn A contains $3$ white and $2$ black balls; urn B contains $1$ white and $3$ black balls. Choose A with probability $0.4$, otherwise B. A uniformly drawn ball from the selected urn is white.

Do not replace the first ball. Draw a second ball from the same urn, without selecting an urn again. Find the probability that it is white.

Round your answer to four decimal places.

Подсказка / Hint
RU

Разделите задачу на два вопроса: что наблюдение говорит об источнике и что именно меняется перед вторым извлечением?

EN

Separate two questions: what does the observation tell you about the source, and what exactly changes before the second draw?

Решение / Solution
RU

Сначала обновляем источник. Вероятность первого белого равна $z=2/5\cdot3/5+(1-2/5)\cdot1/4=39/100$. После наблюдения веса A и B равны $8/13$ и $5/13$: это соответствующие слагаемые, делённые на $z$. Они суммируются в $1$.

При сохранении урны используем обновлённые веса и вероятности второго белого внутри урны: $8/13\cdot(1/2)+5/13\cdot(0)=4/13$. Без возвращения уменьшили число белых и общее число на единицу.

Ответ $0.3077$ лежит между двумя вероятностями второго белого внутри урн: это проверка взвешенного среднего.

EN

First update the source. The probability of the first white is $z=2/5\cdot3/5+(1-2/5)\cdot1/4=39/100$. After observing it, the weights of A and B are $8/13$ and $5/13$: divide each corresponding contribution by $z$. They sum to $1$.

When retaining the urn, use the updated weights and the within-urn probabilities of the second white: $8/13\cdot(1/2)+5/13\cdot(0)=4/13$. Without replacement, both the white count and the total decrease by one.

The answer $0.3077$ lies between the two within-urn probabilities for the second white: this checks the weighted average.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью
B1706БазаВероятностьавторская
RU

Датчик независимо $4$ раз выдаёт одну из $4$ равновероятных меток. $1$ из этих меток считаются тревогой. Найдите вероятность, что число тревог принадлежит множеству $\{2,3,4\}$.

Ответ округлите до четырёх знаков после запятой.

EN

A sensor independently outputs one of $4$ equally likely labels $4$ times. Of these labels, $1$ count as alarms. Find the probability that the number of alarms belongs to $\{2,3,4\}$.

Round your answer to four decimal places.

Подсказка / Hint
RU

Сначала найдите вероятность тревоги за одно испытание. Разные итоговые количества несовместны.

EN

First find the probability of an alarm in one trial. Different final counts are disjoint events.

Решение / Solution
RU

$p=1/4$. При ровно $k$ тревогах выбираем их позиции, затем умножаем вероятности независимых результатов: $P(N=k)=\binom{4}k p^k(1-p)^{4-k}$. Складываем по $k\in\{2,3,4\}$: $P=0.2617$. Не складываем вероятности пересекающихся событий «хотя бы»: здесь каждое количество отдельный случай.

EN

$p=1/4$. For exactly $k$ alarms, choose their positions and multiply the independent outcome probabilities: $P(N=k)=\binom{4}k p^k(1-p)^{4-k}$. Sum over $k\in\{2,3,4\}$: $P=0.2617$. Each count is a disjoint case; this is not a sum of overlapping “at least” events.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью
Y1706Уровень YMLSВероятностьавторская
RU

Три мастерские A, B, C выполнили соответственно $80,120,200$ заказов. Каждый заказ либо вовремя, либо с опозданием. В A вовремя выполнены $72$. Среди заказов A и B вместе доля своевременных $0.84$, среди всех — $0.75$.

Случайно выбранный заказ выполнен вовремя. Найдите вероятность, что его выполнила A.

Ответ округлите до четырёх знаков после запятой.

EN

Workshops A, B, C completed $80,120,200$ orders respectively. Each order is either on time or late. A completed $72$ on time. The on-time proportion for A and B combined is $0.84$; for all orders it is $0.75$.

A randomly selected order was completed on time. Find the probability that it came from A.

Round your answer to four decimal places.

Подсказка / Hint
RU

Начните с количества в объединении A и B; после этого неизвестные находятся вычитанием.

EN

Start with the count in A and B combined; the unknowns then follow by subtraction.

Решение / Solution
RU

Проценты переводим в количества: в A и B вовремя $0.84\cdot(80+120)=168$, значит у B их $168-72=96$. Всего вовремя $0.75\cdot400=300$, значит у C их $300-168=132$. Опоздания по строкам: $8,24,68$. Проверяем суммы по строкам и общий итог.

Условие оставляет только $300$ своевременных заказов, из них $72$ от A. Искомая доля $72/300=0.2400$. Знаменатель — число своевременных, не все заказы.

EN

Convert proportions to counts: A and B have $0.84\cdot(80+120)=168$ on-time orders, giving B $168-72=96$. The total on time is $0.75\cdot400=300$, so C has $300-168=132$. Late counts by row are $8,24,68$. Check the row sums and the grand total.

The condition leaves only $300$ on-time orders, of which $72$ came from A. The required proportion is $72/300=0.2400$. The denominator counts on-time orders, not all orders.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью
зачем это сегодня
RU

Это расширение закрывает конкретные способы решения из образца Q1–Q18. Упоминание формулы в справочнике не заменяет её вывода и практики. Новые занятия не устанавливают дату экзамена или официальный регламент.

EN

This extension addresses specific methods in the Q1–Q18 sample. A formula mentioned in a reference sheet does not replace derivation and practice. These sessions establish neither an exam date nor official exam rules.

Навыки по порядку

Тема разбита на отдельные навыки от простого к сложному. Для каждого указаны тренировочные задачи.

  1. 1Внешнее произведениеOuter productПроверить размеры и вычислить элементыCheck dimensions and calculate entriesW1801B1803Y1804
  2. 2Построение матрицыMatrix constructionДобавить единичную матрицуAdd the identity matrixW1802B1801Y1801
  3. 3ОпределительDeterminantУстановить возможность обращенияEstablish whether an inverse existsB1801B1804Y1801Y1804
  4. 4Обратная матрицаInverse matrixРешить сразу все системы с единичными правыми частямиSolve all unit-right-hand-side systems togetherW1803B1802B1806Y1802Y1803Y1805Y1806
  5. 5СледTraceПрочитать диагональ найденного оператораRead the diagonal of the computed mapW1802B1802Y1802Y1805Y1806
  6. 6Квадрат нормыSquared normПроверить сохранённый навык со знаками весовRecall the norm skill with signed coefficientsB1805

Расписание

0:00–0:15ВспомнитьRecall Предпосылки и карточки без конспекта.Prerequisites and cards without notes.
0:15–1:15РазобратьStudy Урок, затем эталон с объяснением решений.Read the lesson, then explain the decisions in the model solution.
1:15–1:25ПерерывBreak Отойти от экрана.Step away from the screen.
1:25–2:40Построить мостBuild the bridge Ступени 1–3 по выбранному маршруту.Steps 1–3 of the selected route.
2:40–3:30ПрименитьApply Финалы без подсказок; численный мини-тест — до 20 минут.Finals without hints; allow up to 20 minutes for the numeric mini-test.
3:30–4:00ПроверитьCheck Проверки, карточки и журнал ошибок.Verification, cards, and the error journal.

Урок

разбираем с нуля
RU

От векторов к матрице

День 9 дал скалярное произведение и квадрат нормы. День 10 дал определители и преобразования строк. Здесь соединяем эти умения: сначала строим матрицу из векторов, затем работаем с ней обычными методами.

Вектор-столбец $u$ размера $n$ имеет $n$ строк и один столбец. Транспонирование $v^T$ превращает столбец в строку. Умножение матриц возможно, когда внутренние размеры совпадают.

У произведения $(n\times1)(1\times n)$ результат имеет размер $n\times n$. У произведения $(1\times n)(n\times1)$ результат имеет размер $1\times1$, то есть одно число. Поэтому $uv^T$ и $v^Tu$ — разные объекты.

Внешнее произведение

Внешнее произведение $uv^T$ определяется поэлементно: элемент строки $i$, столбца $j$ равен $u_i v_j$. Каждая строка — строка $v^T$, умноженная на свою координату $u_i$.

$$u=\begin{pmatrix}1\\2\end{pmatrix},\quad v=\begin{pmatrix}3\\-1\end{pmatrix},\quad uv^T=\begin{pmatrix}3&-1\\6&-2\end{pmatrix},\quad v^Tu=1.$$

Проверьте, например, второй ряд: $2(3,-1)=(6,-2)$. Если получилась одна строка или одно число вместо квадратной матрицы, ошибка произошла до определения и обращения матрицы — вернитесь к размерам.

Единичная матрица $I$ имеет единицы на диагонали и нули вне неё. Поэтому $I+uv^T$ получается добавлением единицы только к диагональным элементам внешнего произведения.

$$I+uv^T=\begin{pmatrix}4&-1\\6&-1\end{pmatrix}.$$

Матрица внешнего произведения имеет зависимые строки, но добавление $I$ меняет ситуацию. Нельзя заключать, что $I+uv^T$ вырождена, только потому что вырождено $uv^T$. В примере определитель равен $2$, а не нулю.

След и определитель отвечают на разные вопросы

След квадратной матрицы — сумма её диагональных элементов: $\tr A=\sum_i A_{ii}$. В приведённом примере след равен $4+(-1)=3$. Определитель равен $4(-1)-(-1)6=2$. Эти операции нельзя заменять друг другом.

Для матрицы порядка $3$ можно раскрыть определитель по строке или получить треугольную матрицу. Напоминание: прибавление кратной другой строки не меняет определитель; обмен двух строк меняет знак; умножение строки на число умножает определитель на это число.

Выбирайте строку с нулями, если она есть. Если нулей нет, короткие вычитания строк часто создают их. После преобразований определитель треугольной матрицы равен произведению диагонали с учётом уже вынесенных множителей и знаков.

Что означает обратная матрица

Матрица $B$ обратна к $A$, если $AB=BA=I$. Она отменяет действие $A$: из $Ax=b$ получаем $x=A^{-1}b$. Для квадратной матрицы обратная существует ровно при $\det A\ne0$.

Вычислить обратную матрицу можно, решив системы $Az_j=e_j$ для всех единичных столбцов $e_j$. Решение $z_j$ становится столбцом $j$ обратной матрицы, потому что умножение $A$ на этот столбец должно дать столбец $j$ единичной матрицы.

Важно сохранять ориентацию: решения этих систем кладутся столбцами, а не строками. Условие $AA^{-1}=I$ проверяет сразу все столбцы.

Метод Гаусса для всех правых частей сразу

Пишем расширенную матрицу $[A\mid I]$. Строковые действия выполняем сразу над всей строкой, включая правую половину. Цель — превратить левую половину в $I$, а не просто в треугольную матрицу. Тогда справа появится $A^{-1}$.

Почему это работает? Каждое действие преобразует эквивалентную систему, одновременно для всех правых частей. Когда слева единичные коэффициенты, справа уже записаны решения этих систем — нужные столбцы обратной матрицы.

Разберём небольшой пример с $A=\begin{pmatrix}2&1\\1&1\end{pmatrix}$. Сначала поменяем строки, чтобы ведущий элемент стал единицей.

$$\left[\begin{array}{cc|cc}2&1&1&0\\1&1&0&1\end{array}\right]\ \longrightarrow\ \left[\begin{array}{cc|cc}1&1&0&1\\2&1&1&0\end{array}\right].$$

Теперь $R_2\leftarrow R_2-2R_1$, затем $R_2\leftarrow-R_2$, затем $R_1\leftarrow R_1-R_2$. Получается

$$\left[\begin{array}{cc|cc}1&0&1&-1\\0&1&-1&2\end{array}\right],\qquad A^{-1}=\begin{pmatrix}1&-1\\-1&2\end{pmatrix}.$$

След обратной матрицы здесь $1+2=3$. Это не $1/\tr A$: обратное число к сумме не равно сумме диагонали обратной матрицы. Проверим умножением: первая строка произведения равна $(2-1,-2+2)=(1,0)$, вторая — $(1-1,-1+2)=(0,1)$.

Для порядка $3$ алгоритм тот же: последовательно получаем ведущие единицы в трёх столбцах и обнуляем всё над и под ними. Если ведущий элемент ноль, ищем ненулевой ниже и меняем строки. Если такого нет, проверяем вырожденность; делить на ноль нельзя.

Элементарная проверка для внешнего произведения

Действие матрицы можно записать без всех элементов: $(I+uv^T)x=x+u(v^Tx)$. Выражение в скобках $v^Tx$ — одно число. Оно показывает, что добавка всегда направлена вдоль $u$.

Это помогает проверять найденную обратную матрицу по столбцам: для каждого столбца $z_j$ убедитесь, что $z_j+u(v^Tz_j)=e_j$. Никакой новой формулы обращения для этого не нужно.

Необязательное сокращение после освоения Гаусса

Для квадратного обновления единичной матрицы верно $\det(I+uv^T)=1+v^Tu$. Это частный случай леммы об определителе. Область применения здесь: $u,v$ — столбцы одинаковой длины, а базовая матрица именно $I$.

Положим $c=v^Tu$. Если $1+c\ne0$, можно проверить умножением

$$ (I+uv^T)^{-1}=I-\frac{uv^T}{1+c}. $$

При раскрытии произведения используем $(uv^T)(uv^T)=u(v^Tu)v^T=cuv^T$. Коэффициент при добавке становится $1-1/(1+c)-c/(1+c)=0$. Это формула Шермана—Моррисона в частном случае, доказанная обычным умножением.

При $1+c=0$ формула не определена и обратной матрицы нет: $(I+uv^T)u=(1+c)u=0$, причём $u\ne0$. Не пытайтесь «сократить» нулевой знаменатель. Названия этих формул запоминать не требуется; все обязательные задачи решаются методом Гаусса.

Сохранить навык работы с нормой

Векторная задача Q7 требует другого действия: квадрат длины раскрывается как скалярное произведение суммы на себя.

$$\|au+bv\|^2=a^2\|u\|^2+b^2\|v\|^2+2ab\|u\|\|v\|\cos\varphi.$$

Смешанное слагаемое сохраняет знак $ab\cos\varphi$. После вычисления берём неотрицательный квадратный корень. Угол в $120$ градусов даёт отрицательный косинус; это не повод менять знак всего квадрата.

Последняя проверка: искомая длина должна лежать между $\big||a|\|u\|-|b|\|v\|\big|$ и $|a|\|u\|+|b|\|v\|$. Если она вне этих границ, проверьте смешанное слагаемое и последний корень.

EN

From vectors to a matrix

Day 9 introduced dot products and squared norms. Day 10 introduced determinants and row operations. Here we combine those skills: construct a matrix from vectors, then use ordinary matrix methods.

A column vector $u$ of size $n$ has $n$ rows and one column. Transposing $v$ produces a row $v^T$. Matrix multiplication is defined when the inner dimensions agree.

The product $(n\times1)(1\times n)$ has size $n\times n$. The product $(1\times n)(n\times1)$ has size $1\times1$, a single number. Thus $uv^T$ and $v^Tu$ are different objects.

The outer product

The outer product $uv^T$ is defined entry by entry: the entry in row $i$, column $j$ is $u_i v_j$. Each row is $v^T$ multiplied by the corresponding coordinate $u_i$.

$$u=\begin{pmatrix}1\\2\end{pmatrix},\quad v=\begin{pmatrix}3\\-1\end{pmatrix},\quad uv^T=\begin{pmatrix}3&-1\\6&-2\end{pmatrix},\quad v^Tu=1.$$

Check the second row, for example: $2(3,-1)=(6,-2)$. If you obtained a row or a scalar instead of a square matrix, the error happened before determinant or inverse calculations; return to the dimensions.

The identity matrix $I$ has ones on its diagonal and zeros elsewhere. To form $I+uv^T$, add one only to the diagonal entries of the outer product.

$$I+uv^T=\begin{pmatrix}4&-1\\6&-1\end{pmatrix}.$$

The outer-product matrix has dependent rows, but adding $I$ changes the situation. You cannot conclude that $I+uv^T$ is singular just because $uv^T$ is singular. In the example, the determinant is $2$, not zero.

Trace and determinant answer different questions

The trace of a square matrix is the sum of its diagonal entries: $\tr A=\sum_i A_{ii}$. In the example the trace is $4+(-1)=3$, while the determinant is $4(-1)-(-1)6=2$. These are different operations.

For a matrix of order $3$, expand the determinant along a row or reduce it to triangular form. Recall: adding a multiple of another row preserves the determinant; swapping two rows changes its sign; multiplying a row by a number multiplies the determinant by that number.

Choose a row containing zeros when one is available. Otherwise, short row subtractions often create them. After reduction, multiply the diagonal entries of the triangular matrix, keeping track of any factors or sign changes already introduced.

What an inverse matrix means

A matrix $B$ is the inverse of $A$ if $AB=BA=I$. It undoes the action of $A$: from $Ax=b$, we obtain $x=A^{-1}b$. A square matrix has an inverse exactly when $\det A\ne0$.

To calculate an inverse, solve $Az_j=e_j$ for each unit column $e_j$. The solution $z_j$ becomes column $j$ of the inverse, because multiplying it by $A$ must produce column $j$ of the identity matrix.

Keep the orientation correct: these system solutions are placed in columns, not rows. The equation $AA^{-1}=I$ checks all columns at once.

Gaussian elimination for all right-hand sides at once

Write the augmented matrix $[A\mid I]$. Apply row operations to the entire row, including the right-hand side. The goal is to turn the left half into $I$, not merely into a triangular matrix. The right half will then be $A^{-1}$.

Why does this work? Each operation transforms the systems into equivalent ones, simultaneously for all right-hand sides. Once the coefficients on the left form the identity, the right side contains the system solutions: exactly the required inverse columns.

Consider the small example $A=\begin{pmatrix}2&1\\1&1\end{pmatrix}$. First swap the rows to obtain a leading one.

$$\left[\begin{array}{cc|cc}2&1&1&0\\1&1&0&1\end{array}\right]\ \longrightarrow\ \left[\begin{array}{cc|cc}1&1&0&1\\2&1&1&0\end{array}\right].$$

Now apply $R_2\leftarrow R_2-2R_1$, then $R_2\leftarrow-R_2$, then $R_1\leftarrow R_1-R_2$. The result is

$$\left[\begin{array}{cc|cc}1&0&1&-1\\0&1&-1&2\end{array}\right],\qquad A^{-1}=\begin{pmatrix}1&-1\\-1&2\end{pmatrix}.$$

The inverse trace here is $1+2=3$. It is not $1/\tr A$: the reciprocal of a sum is not the sum of the inverse matrix's diagonal. Check by multiplication: the first product row is $(2-1,-2+2)=(1,0)$, and the second is $(1-1,-1+2)=(0,1)$.

For order $3$, the algorithm is the same: successively obtain leading ones in all three columns and clear the entries above and below them. If a pivot is zero, look for a nonzero entry below and swap rows. If none exists, check singularity; never divide by zero.

An elementary check for an outer-product update

We can write the matrix action without listing every entry: $(I+uv^T)x=x+u(v^Tx)$. The bracketed term $v^Tx$ is a scalar. This shows that the added vector always points along $u$.

This helps check a computed inverse column by column: verify $z_j+u(v^Tz_j)=e_j$ for each column $z_j$. No new inverse formula is needed.

An optional shortcut after mastering elimination

For a square identity update, $\det(I+uv^T)=1+v^Tu$. This is a special case of the matrix determinant lemma. Here the conditions are that $u,v$ are columns of the same length and the base matrix is exactly $I$.

Let $c=v^Tu$. If $1+c\ne0$, direct multiplication verifies

$$ (I+uv^T)^{-1}=I-\frac{uv^T}{1+c}. $$

Expanding the product uses $(uv^T)(uv^T)=u(v^Tu)v^T=cuv^T$. The coefficient of the update becomes $1-1/(1+c)-c/(1+c)=0$. This special case of the Sherman–Morrison formula is thus verified by ordinary multiplication.

If $1+c=0$, the formula is undefined and no inverse exists: $(I+uv^T)u=(1+c)u=0$, with $u\ne0$. Do not try to cancel the zero denominator. Memorizing the names is unnecessary; every mandatory problem can be solved by Gaussian elimination.

Keep the norm skill active

The vector task Q7 uses a different operation: expand the squared length as the sum dotted with itself.

$$\|au+bv\|^2=a^2\|u\|^2+b^2\|v\|^2+2ab\|u\|\|v\|\cos\varphi.$$

The cross term retains the sign of $ab\cos\varphi$. After calculation, take the nonnegative square root. An angle of $120$ degrees has negative cosine; this does not change the sign of the entire squared norm.

Finally, the length must lie between $\big||a|\|u\|-|b|\|v\|\big|$ and $|a|\|u\|+|b|\|v\|$. If it does not, check the cross term and the final square root.

Признаки и действия

Слева — что заметить в условии. Справа — что сделать первым.

УвиделПервый ход
Столбец на строкуColumn times rowРезультат — матрица с элементами $u_iv_j$The result is a matrix with entries $u_iv_j$
$I+uv^T$$I+uv^T$Добавь единицы только на диагональAdd ones only on the diagonal
СледTraceСложи диагональные элементыSum the diagonal entries
Обратная матрицаInverse matrixПроверь определитель и пиши $[A\mid I]$Check the determinant and write $[A\mid I]$
Нулевой ведущий элементZero pivotНайди строку для обмена до деленияFind a row to swap before dividing
Найдено обращениеAn inverse has been foundПроверь произведение с исходной матрицейMultiply it by the original matrix
эталонная задача

Выбор метода и проверка результатаChoosing a method and checking the result

RU

Условие. $u=(1,1,0)^T$, $v=(0,1,0)^T$. Для $A=I+uv^T$ найти определитель и след обратной матрицы.

Построение. Каждая строка внешнего произведения — кратная $v^T$. Добавляя единицы на диагональ, получаем $A=\begin{pmatrix}1&1&0\\0&2&0\\0&0&1\end{pmatrix}$. Матрица треугольная, поэтому $\det A=2\ne0$. Теперь обращение имеет смысл.

Выбор короткого обращения. В $[A\mid I]$ делим вторую строку на $2$, затем вычитаем её из первой. Слева получается $I$, справа $A^{-1}=\begin{pmatrix}1&-1/2&0\\0&1/2&0\\0&0&1\end{pmatrix}$. Правую половину меняли теми же действиями.

Прочитать результат и проверить. След $1+1/2+1=5/2$. При умножении единственный возможный ненулевой внедиагональный элемент первой строки равен $-1/2+1/2=0$, диагональ — единицы. Поэтому $AA^{-1}=I$. Метод повторяется в b1802, b1806, y1802 и финале y1806.

Алгоритм
  1. Проверь размеры и выпиши $u_iv_j$.
  2. Добавь единицы только на диагональ, проверь определитель.
  3. Преврати $[A\mid I]$ в $[I\mid B]$ одинаковыми действиями над обеими половинами.
  4. Сложи диагональ $B$ и проверь $AB=I$.
EN

Problem. Let $u=(1,1,0)^T$ and $v=(0,1,0)^T$. For $A=I+uv^T$, find the determinant and the trace of the inverse.

Construct the matrix. Each outer-product row is a multiple of $v^T$. Adding diagonal ones gives $A=\begin{pmatrix}1&1&0\\0&2&0\\0&0&1\end{pmatrix}$. It is triangular, so $\det A=2\ne0$. Seeking an inverse is now justified.

Choose a short inverse calculation. In $[A\mid I]$, divide the second row by $2$, then subtract it from the first. The left becomes $I$, and the right is $A^{-1}=\begin{pmatrix}1&-1/2&0\\0&1/2&0\\0&0&1\end{pmatrix}$. Both halves received the same operations.

Read and check the result. The trace is $1+1/2+1=5/2$. In the product, the only potentially nonzero off-diagonal entry of the first row is $-1/2+1/2=0$; the diagonal entries are ones. Thus $AA^{-1}=I$. The method recurs in b1802, b1806, y1802, and final y1806.

Algorithm
  1. Check dimensions and write the entries $u_iv_j$.
  2. Add ones only on the diagonal and check the determinant.
  3. Reduce $[A\mid I]$ to $[I\mid B]$, applying each operation to both halves.
  4. Sum the diagonal of $B$ and verify $AB=I$.

Дополнительные материалы

Другие объяснения и материалы по теме. Используй их, если основного урока недостаточно.

урокДень 9: предпосылкиDay 9: prerequisites RU/EN
Вернись к технике перед новой цепочкойRevisit the technique before the new chain
урокДень 10: предпосылкиDay 10: prerequisites RU/EN
Вернись к технике перед новой цепочкойRevisit the technique before the new chain
справочникКарта покрытия Q1–Q18Q1–Q18 coverage map RU/EN
Точные цепочки и порядок прохожденияExact chains and study order
как работать сегодня
RU

Полный объём — 15 задач. Минимум — 10: b1801, b1802, b1805, b1806, y1801, y1802, y1803, y1804, y1805, y1806. Обязательные — 3: y1801, y1802, y1803.

Минимальный маршрут: прочитай весь урок и эталон; реши помеченные задачи по ступеням, сохраняя бумажное обоснование. Ступень 2 содержит самостоятельный вход в каждый новый основной метод. Разминку используй, если этот вход пока труден. Обязательные мосты сами по себе не заменяют полный минимум и финалы. После паузы открой свежую подборку повторения: её попытки отдельны от решений дня.

EN

Full route: 15 problems. Minimum: 10: b1801, b1802, b1805, b1806, y1801, y1802, y1803, y1804, y1805, y1806. Mandatory bridges: 3: y1801, y1802, y1803.

Minimum route: read the whole lesson and model solution, then solve marked problems in step order, keeping written reasoning. Step 2 provides an accessible entry into every principal new method. Use the warm-ups if that entry is still difficult. Mandatory bridges alone do not replace the complete minimum and finals. After a break, open a fresh mixed review: its attempts are separate from day solutions.

15
полный объём
10
минимум
3
обязательные

Полный объём — все задачи ниже. Минимум — если день сорвался и часа осталось два. Обязательные — мосты к финальной задаче, они не пропускаются никогда.

Разминка

решено 0 из 3

Устно, за полминуты. Проверяет, что определение понято, а не выучено.

W1801Разминкаступень 1Линалавторская
RU

Даны столбцы $u=(1,2)^T$, $v=(3,-1)^T$. $I$ — единичная матрица порядка $2$.

Постройте $uv^T$ и найдите его элемент во второй строке, первом столбце. Ответ — целое число.

EN

The column vectors are $u=(1,2)^T$, $v=(3,-1)^T$. $I$ is the identity matrix of order $2$.

Construct $uv^T$ and find its entry in row two, column one. Enter an integer.

Подсказка / Hint
RU

Проверьте размер произведения. Для обратной матрицы преобразуйте обе половины $[A\mid I]$ одинаково.

EN

Check the product dimensions. To find the inverse, apply each operation to both halves of $[A\mid I]$.

Решение / Solution
RU

Строка $i$ внешнего произведения равна $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}3&-1\\6&-2\end{pmatrix}$. Это матрица, а $v^Tu$ — число. Добавляем единицы только на диагональ: $A=\begin{pmatrix}4&-1\\6&-1\end{pmatrix}$.

Нужный элемент $u_2v_1=6$. Индексы сначала задают строку, затем столбец.

EN

Row $i$ of the outer product is $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}3&-1\\6&-2\end{pmatrix}$. This is a matrix, whereas $v^Tu$ is a scalar. Add ones only on the diagonal: $A=\begin{pmatrix}4&-1\\6&-1\end{pmatrix}$.

The requested entry is $u_2v_1=6$. Indices specify the row first, then the column.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью
W1802Разминкаступень 1Линалавторская
RU

Даны столбцы $u=(1,0)^T$, $v=(2,3)^T$. $I$ — единичная матрица порядка $2$.

Постройте $A=I+uv^T$ и найдите $\tr A$. Ответ — целое число.

EN

The column vectors are $u=(1,0)^T$, $v=(2,3)^T$. $I$ is the identity matrix of order $2$.

Construct $A=I+uv^T$ and find $\tr A$. Enter an integer.

Подсказка / Hint
RU

Проверьте размер произведения. Для обратной матрицы преобразуйте обе половины $[A\mid I]$ одинаково.

EN

Check the product dimensions. To find the inverse, apply each operation to both halves of $[A\mid I]$.

Решение / Solution
RU

Строка $i$ внешнего произведения равна $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}2&3\\0&0\end{pmatrix}$. Это матрица, а $v^Tu$ — число. Добавляем единицы только на диагональ: $A=\begin{pmatrix}3&3\\0&1\end{pmatrix}$.

След — сумма диагональных элементов: $\tr A=3+1=4$. Внедиагональные элементы в эту сумму не входят.

EN

Row $i$ of the outer product is $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}2&3\\0&0\end{pmatrix}$. This is a matrix, whereas $v^Tu$ is a scalar. Add ones only on the diagonal: $A=\begin{pmatrix}3&3\\0&1\end{pmatrix}$.

The trace is the sum of the diagonal entries: $\tr A=3+1=4$. Off-diagonal entries are excluded.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью
W1803Разминкаступень 1Линалавторская
RU

Даны столбцы $u=(1,0)^T$, $v=(1,0)^T$. $I$ — единичная матрица порядка $2$.

Постройте $A=I+uv^T$. Найдите $A^{-1}$ решением систем или методом Гаусса и вычислите $\tr(A^{-1})$.

Ответ округлите до четырёх знаков после запятой.

EN

The column vectors are $u=(1,0)^T$, $v=(1,0)^T$. $I$ is the identity matrix of order $2$.

Construct $A=I+uv^T$. Find $A^{-1}$ by solving systems or Gaussian elimination, then calculate $\tr(A^{-1})$.

Round your answer to four decimal places.

Подсказка / Hint
RU

Проверьте размер произведения. Для обратной матрицы преобразуйте обе половины $[A\mid I]$ одинаково.

EN

Check the product dimensions. To find the inverse, apply each operation to both halves of $[A\mid I]$.

Решение / Solution
RU

Строка $i$ внешнего произведения равна $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}1&0\\0&0\end{pmatrix}$. Это матрица, а $v^Tu$ — число. Добавляем единицы только на диагональ: $A=\begin{pmatrix}2&0\\0&1\end{pmatrix}$.

Пишем $[A\mid I]$. Ко всем столбцам расширенной матрицы последовательно применяем: $R_1\leftarrow R_1/(2)$. Слева получаем $I$, справа $A^{-1}=\begin{pmatrix}1/2&0\\0&1\end{pmatrix}$. Складываем только диагональ: $\tr(A^{-1})=3/2=1.5000$. Проверка умножением $AA^{-1}=I$ обнаруживает ошибку в любом столбце; один определитель такую проверку не заменяет.

EN

Row $i$ of the outer product is $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}1&0\\0&0\end{pmatrix}$. This is a matrix, whereas $v^Tu$ is a scalar. Add ones only on the diagonal: $A=\begin{pmatrix}2&0\\0&1\end{pmatrix}$.

Write $[A\mid I]$. Apply these operations to every column of the augmented matrix, in order: $R_1\leftarrow R_1/(2)$. The left side becomes $I$ and the right side is $A^{-1}=\begin{pmatrix}1/2&0\\0&1\end{pmatrix}$. Add only the diagonal: $\tr(A^{-1})=3/2=1.5000$. Multiplication checks $AA^{-1}=I$ and can reveal an error in any column; checking only the determinant cannot do this.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью

База

решено 0 из 6

Чистая техника без сюрпризов. Здесь нарабатывается автоматизм.

B1801Базаступень 2минимумЛиналавторская
RU

Даны столбцы $u=(1,2)^T$, $v=(2,-1)^T$. $I$ — единичная матрица порядка $2$.

Постройте $A=I+uv^T$ и вычислите $\det A$ обычными действиями со строками или разложением. Ответ — целое число.

EN

The column vectors are $u=(1,2)^T$, $v=(2,-1)^T$. $I$ is the identity matrix of order $2$.

Construct $A=I+uv^T$ and calculate $\det A$ using ordinary row operations or expansion. Enter an integer.

Подсказка / Hint
RU

Проверьте размер произведения. Для обратной матрицы преобразуйте обе половины $[A\mid I]$ одинаково.

EN

Check the product dimensions. To find the inverse, apply each operation to both halves of $[A\mid I]$.

Решение / Solution
RU

Строка $i$ внешнего произведения равна $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}2&-1\\4&-2\end{pmatrix}$. Это матрица, а $v^Tu$ — число. Добавляем единицы только на диагональ: $A=\begin{pmatrix}3&-1\\4&-1\end{pmatrix}$.

Разложим по первой строке, сохраняя чередующиеся знаки алгебраических дополнений: $\det A=(3)(-1)+(-1)(-4)=1$. Каждый второй множитель — определитель оставшейся матрицы со знаком $(-1)^{1+j}$. Ненулевой определитель разрешает искать обратную матрицу.

EN

Row $i$ of the outer product is $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}2&-1\\4&-2\end{pmatrix}$. This is a matrix, whereas $v^Tu$ is a scalar. Add ones only on the diagonal: $A=\begin{pmatrix}3&-1\\4&-1\end{pmatrix}$.

Expand along the first row, retaining the alternating cofactor signs: $\det A=(3)(-1)+(-1)(-4)=1$. Each second factor is the remaining minor determinant with sign $(-1)^{1+j}$. The nonzero determinant allows us to seek an inverse.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью
B1802Базаступень 2минимумЛиналавторская
RU

Даны столбцы $u=(1,1)^T$, $v=(1,0)^T$. $I$ — единичная матрица порядка $2$.

Постройте $A=I+uv^T$. Найдите $A^{-1}$ решением систем или методом Гаусса и вычислите $\tr(A^{-1})$.

Ответ округлите до четырёх знаков после запятой.

EN

The column vectors are $u=(1,1)^T$, $v=(1,0)^T$. $I$ is the identity matrix of order $2$.

Construct $A=I+uv^T$. Find $A^{-1}$ by solving systems or Gaussian elimination, then calculate $\tr(A^{-1})$.

Round your answer to four decimal places.

Подсказка / Hint
RU

Проверьте размер произведения. Для обратной матрицы преобразуйте обе половины $[A\mid I]$ одинаково.

EN

Check the product dimensions. To find the inverse, apply each operation to both halves of $[A\mid I]$.

Решение / Solution
RU

Строка $i$ внешнего произведения равна $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}1&0\\1&0\end{pmatrix}$. Это матрица, а $v^Tu$ — число. Добавляем единицы только на диагональ: $A=\begin{pmatrix}2&0\\1&1\end{pmatrix}$.

Пишем $[A\mid I]$. Ко всем столбцам расширенной матрицы последовательно применяем: $R_1\leftarrow R_1/(2)$; $R_2\leftarrow R_2-(1)R_1$. Слева получаем $I$, справа $A^{-1}=\begin{pmatrix}1/2&0\\-1/2&1\end{pmatrix}$. Складываем только диагональ: $\tr(A^{-1})=3/2=1.5000$. Проверка умножением $AA^{-1}=I$ обнаруживает ошибку в любом столбце; один определитель такую проверку не заменяет.

EN

Row $i$ of the outer product is $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}1&0\\1&0\end{pmatrix}$. This is a matrix, whereas $v^Tu$ is a scalar. Add ones only on the diagonal: $A=\begin{pmatrix}2&0\\1&1\end{pmatrix}$.

Write $[A\mid I]$. Apply these operations to every column of the augmented matrix, in order: $R_1\leftarrow R_1/(2)$; $R_2\leftarrow R_2-(1)R_1$. The left side becomes $I$ and the right side is $A^{-1}=\begin{pmatrix}1/2&0\\-1/2&1\end{pmatrix}$. Add only the diagonal: $\tr(A^{-1})=3/2=1.5000$. Multiplication checks $AA^{-1}=I$ and can reveal an error in any column; checking only the determinant cannot do this.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью
B1803Базаступень 2Линалавторская
RU

Даны столбцы $u=(0,1,2)^T$, $v=(3,-1,1)^T$. $I$ — единичная матрица порядка $3$.

Постройте $uv^T$ и найдите его элемент во второй строке, первом столбце. Ответ — целое число.

EN

The column vectors are $u=(0,1,2)^T$, $v=(3,-1,1)^T$. $I$ is the identity matrix of order $3$.

Construct $uv^T$ and find its entry in row two, column one. Enter an integer.

Подсказка / Hint
RU

Проверьте размер произведения. Для обратной матрицы преобразуйте обе половины $[A\mid I]$ одинаково.

EN

Check the product dimensions. To find the inverse, apply each operation to both halves of $[A\mid I]$.

Решение / Solution
RU

Строка $i$ внешнего произведения равна $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}0&0&0\\3&-1&1\\6&-2&2\end{pmatrix}$. Это матрица, а $v^Tu$ — число. Добавляем единицы только на диагональ: $A=\begin{pmatrix}1&0&0\\3&0&1\\6&-2&3\end{pmatrix}$.

Нужный элемент $u_2v_1=3$. Индексы сначала задают строку, затем столбец.

EN

Row $i$ of the outer product is $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}0&0&0\\3&-1&1\\6&-2&2\end{pmatrix}$. This is a matrix, whereas $v^Tu$ is a scalar. Add ones only on the diagonal: $A=\begin{pmatrix}1&0&0\\3&0&1\\6&-2&3\end{pmatrix}$.

The requested entry is $u_2v_1=3$. Indices specify the row first, then the column.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью
B1804Базаступень 2Линалавторская
RU

Даны столбцы $u=(1,1)^T$, $v=(0,-1)^T$. $I$ — единичная матрица порядка $2$.

Постройте $A=I+uv^T$ и вычислите $\det A$ обычными действиями со строками или разложением. Ответ — целое число.

EN

The column vectors are $u=(1,1)^T$, $v=(0,-1)^T$. $I$ is the identity matrix of order $2$.

Construct $A=I+uv^T$ and calculate $\det A$ using ordinary row operations or expansion. Enter an integer.

Подсказка / Hint
RU

Проверьте размер произведения. Для обратной матрицы преобразуйте обе половины $[A\mid I]$ одинаково.

EN

Check the product dimensions. To find the inverse, apply each operation to both halves of $[A\mid I]$.

Решение / Solution
RU

Строка $i$ внешнего произведения равна $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}0&-1\\0&-1\end{pmatrix}$. Это матрица, а $v^Tu$ — число. Добавляем единицы только на диагональ: $A=\begin{pmatrix}1&-1\\0&0\end{pmatrix}$.

Разложим по первой строке, сохраняя чередующиеся знаки алгебраических дополнений: $\det A=(1)(0)+(-1)(0)=0$. Каждый второй множитель — определитель оставшейся матрицы со знаком $(-1)^{1+j}$. Нулевой определитель означает, что обратной матрицы нет.

EN

Row $i$ of the outer product is $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}0&-1\\0&-1\end{pmatrix}$. This is a matrix, whereas $v^Tu$ is a scalar. Add ones only on the diagonal: $A=\begin{pmatrix}1&-1\\0&0\end{pmatrix}$.

Expand along the first row, retaining the alternating cofactor signs: $\det A=(1)(0)+(-1)(0)=0$. Each second factor is the remaining minor determinant with sign $(-1)^{1+j}$. A zero determinant means no inverse exists.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью
B1805Базаступень 2минимумЛиналавторская
RU

$\|u\|=2$, $\|v\|=3$, косинус угла между ними равен $-0.5$. Найдите $\|2u+(1)v\|$.

Ответ округлите до четырёх знаков после запятой.

EN

$\|u\|=2$, $\|v\|=3$, and the cosine of their angle is $-0.5$. Find $\|2u+(1)v\|$.

Round your answer to four decimal places.

Подсказка / Hint
RU

Сначала найдите квадрат длины через скалярное произведение.

EN

First find the squared length using the dot product.

Решение / Solution
RU

$u\cdot v=2\cdot3\cdot(-0.5)$. Раскрывая произведение вектора на себя, получаем $\|2u+(1)v\|^2=(2)^22^2+(1)^23^2+2(2)(1)(2)(3)(-0.5)$. Берём неотрицательный корень: $3.6056$. Смешанное слагаемое может быть отрицательным, но весь квадрат неотрицателен.

EN

$u\cdot v=2\cdot3\cdot(-0.5)$. Expanding the vector dotted with itself gives $\|2u+(1)v\|^2=(2)^22^2+(1)^23^2+2(2)(1)(2)(3)(-0.5)$. Take the nonnegative root: $3.6056$. The cross term may be negative, but the whole squared norm is nonnegative.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью
B1806Базаступень 2минимумЛиналавторская
RU

Даны столбцы $u=(1,1,0)^T$, $v=(1,0,0)^T$. $I$ — единичная матрица порядка $3$.

Постройте $A=I+uv^T$. Найдите $A^{-1}$ решением систем или методом Гаусса и вычислите $\tr(A^{-1})$.

Ответ округлите до четырёх знаков после запятой.

EN

The column vectors are $u=(1,1,0)^T$, $v=(1,0,0)^T$. $I$ is the identity matrix of order $3$.

Construct $A=I+uv^T$. Find $A^{-1}$ by solving systems or Gaussian elimination, then calculate $\tr(A^{-1})$.

Round your answer to four decimal places.

Подсказка / Hint
RU

Проверьте размер произведения. Для обратной матрицы преобразуйте обе половины $[A\mid I]$ одинаково.

EN

Check the product dimensions. To find the inverse, apply each operation to both halves of $[A\mid I]$.

Решение / Solution
RU

Строка $i$ внешнего произведения равна $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}1&0&0\\1&0&0\\0&0&0\end{pmatrix}$. Это матрица, а $v^Tu$ — число. Добавляем единицы только на диагональ: $A=\begin{pmatrix}2&0&0\\1&1&0\\0&0&1\end{pmatrix}$.

Пишем $[A\mid I]$. Ко всем столбцам расширенной матрицы последовательно применяем: $R_1\leftarrow R_1/(2)$; $R_2\leftarrow R_2-(1)R_1$. Слева получаем $I$, справа $A^{-1}=\begin{pmatrix}1/2&0&0\\-1/2&1&0\\0&0&1\end{pmatrix}$. Складываем только диагональ: $\tr(A^{-1})=5/2=2.5000$. Проверка умножением $AA^{-1}=I$ обнаруживает ошибку в любом столбце; один определитель такую проверку не заменяет.

EN

Row $i$ of the outer product is $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}1&0&0\\1&0&0\\0&0&0\end{pmatrix}$. This is a matrix, whereas $v^Tu$ is a scalar. Add ones only on the diagonal: $A=\begin{pmatrix}2&0&0\\1&1&0\\0&0&1\end{pmatrix}$.

Write $[A\mid I]$. Apply these operations to every column of the augmented matrix, in order: $R_1\leftarrow R_1/(2)$; $R_2\leftarrow R_2-(1)R_1$. The left side becomes $I$ and the right side is $A^{-1}=\begin{pmatrix}1/2&0&0\\-1/2&1&0\\0&0&1\end{pmatrix}$. Add only the diagonal: $\tr(A^{-1})=5/2=2.5000$. Multiplication checks $AA^{-1}=I$ and can reveal an error in any column; checking only the determinant cannot do this.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью

Уровень YMLS

решено 0 из 5

Целевая сложность вступительного экзамена. Ответ — число.

Y1801Уровень YMLSступень 3обязательнаяЛиналавторская
RU

Даны столбцы $u=(1,2,1)^T$, $v=(1,-1,2)^T$. $I$ — единичная матрица порядка $3$.

Постройте $A=I+uv^T$ и вычислите $\det A$ обычными действиями со строками или разложением. Ответ — целое число.

EN

The column vectors are $u=(1,2,1)^T$, $v=(1,-1,2)^T$. $I$ is the identity matrix of order $3$.

Construct $A=I+uv^T$ and calculate $\det A$ using ordinary row operations or expansion. Enter an integer.

Подсказка / Hint
RU

Проверьте размер произведения. Для обратной матрицы преобразуйте обе половины $[A\mid I]$ одинаково.

EN

Check the product dimensions. To find the inverse, apply each operation to both halves of $[A\mid I]$.

Решение / Solution
RU

Строка $i$ внешнего произведения равна $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}1&-1&2\\2&-2&4\\1&-1&2\end{pmatrix}$. Это матрица, а $v^Tu$ — число. Добавляем единицы только на диагональ: $A=\begin{pmatrix}2&-1&2\\2&-1&4\\1&-1&3\end{pmatrix}$.

Разложим по первой строке, сохраняя чередующиеся знаки алгебраических дополнений: $\det A=(2)(1)+(-1)(-2)+(2)(-1)=2$. Каждый второй множитель — определитель оставшейся матрицы со знаком $(-1)^{1+j}$. Ненулевой определитель разрешает искать обратную матрицу.

EN

Row $i$ of the outer product is $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}1&-1&2\\2&-2&4\\1&-1&2\end{pmatrix}$. This is a matrix, whereas $v^Tu$ is a scalar. Add ones only on the diagonal: $A=\begin{pmatrix}2&-1&2\\2&-1&4\\1&-1&3\end{pmatrix}$.

Expand along the first row, retaining the alternating cofactor signs: $\det A=(2)(1)+(-1)(-2)+(2)(-1)=2$. Each second factor is the remaining minor determinant with sign $(-1)^{1+j}$. The nonzero determinant allows us to seek an inverse.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью
Y1802Уровень YMLSступень 3обязательнаяЛиналавторская
RU

Даны столбцы $u=(1,1,1)^T$, $v=(1,0,1)^T$. $I$ — единичная матрица порядка $3$.

Постройте $A=I+uv^T$. Найдите $A^{-1}$ решением систем или методом Гаусса и вычислите $\tr(A^{-1})$.

Ответ округлите до четырёх знаков после запятой.

EN

The column vectors are $u=(1,1,1)^T$, $v=(1,0,1)^T$. $I$ is the identity matrix of order $3$.

Construct $A=I+uv^T$. Find $A^{-1}$ by solving systems or Gaussian elimination, then calculate $\tr(A^{-1})$.

Round your answer to four decimal places.

Подсказка / Hint
RU

Проверьте размер произведения. Для обратной матрицы преобразуйте обе половины $[A\mid I]$ одинаково.

EN

Check the product dimensions. To find the inverse, apply each operation to both halves of $[A\mid I]$.

Решение / Solution
RU

Строка $i$ внешнего произведения равна $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}1&0&1\\1&0&1\\1&0&1\end{pmatrix}$. Это матрица, а $v^Tu$ — число. Добавляем единицы только на диагональ: $A=\begin{pmatrix}2&0&1\\1&1&1\\1&0&2\end{pmatrix}$.

Пишем $[A\mid I]$. Ко всем столбцам расширенной матрицы последовательно применяем: $R_1\leftarrow R_1/(2)$; $R_2\leftarrow R_2-(1)R_1$; $R_3\leftarrow R_3-(1)R_1$; $R_3\leftarrow R_3/(3/2)$; $R_1\leftarrow R_1-(1/2)R_3$; $R_2\leftarrow R_2-(1/2)R_3$. Слева получаем $I$, справа $A^{-1}=\begin{pmatrix}2/3&0&-1/3\\-1/3&1&-1/3\\-1/3&0&2/3\end{pmatrix}$. Складываем только диагональ: $\tr(A^{-1})=7/3=2.3333$. Проверка умножением $AA^{-1}=I$ обнаруживает ошибку в любом столбце; один определитель такую проверку не заменяет.

EN

Row $i$ of the outer product is $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}1&0&1\\1&0&1\\1&0&1\end{pmatrix}$. This is a matrix, whereas $v^Tu$ is a scalar. Add ones only on the diagonal: $A=\begin{pmatrix}2&0&1\\1&1&1\\1&0&2\end{pmatrix}$.

Write $[A\mid I]$. Apply these operations to every column of the augmented matrix, in order: $R_1\leftarrow R_1/(2)$; $R_2\leftarrow R_2-(1)R_1$; $R_3\leftarrow R_3-(1)R_1$; $R_3\leftarrow R_3/(3/2)$; $R_1\leftarrow R_1-(1/2)R_3$; $R_2\leftarrow R_2-(1/2)R_3$. The left side becomes $I$ and the right side is $A^{-1}=\begin{pmatrix}2/3&0&-1/3\\-1/3&1&-1/3\\-1/3&0&2/3\end{pmatrix}$. Add only the diagonal: $\tr(A^{-1})=7/3=2.3333$. Multiplication checks $AA^{-1}=I$ and can reveal an error in any column; checking only the determinant cannot do this.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью
Y1803Уровень YMLSступень 3обязательнаяЛиналавторская
RU

Даны столбцы $u=(1,2,0)^T$, $v=(0,1,1)^T$. $I$ — единичная матрица порядка $3$.

Постройте $A=I+uv^T$. Найдите $A^{-1}$ решением систем или методом Гаусса и вычислите $\tr(A^{-1})$.

Ответ округлите до четырёх знаков после запятой.

EN

The column vectors are $u=(1,2,0)^T$, $v=(0,1,1)^T$. $I$ is the identity matrix of order $3$.

Construct $A=I+uv^T$. Find $A^{-1}$ by solving systems or Gaussian elimination, then calculate $\tr(A^{-1})$.

Round your answer to four decimal places.

Подсказка / Hint
RU

Проверьте размер произведения. Для обратной матрицы преобразуйте обе половины $[A\mid I]$ одинаково.

EN

Check the product dimensions. To find the inverse, apply each operation to both halves of $[A\mid I]$.

Решение / Solution
RU

Строка $i$ внешнего произведения равна $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}0&1&1\\0&2&2\\0&0&0\end{pmatrix}$. Это матрица, а $v^Tu$ — число. Добавляем единицы только на диагональ: $A=\begin{pmatrix}1&1&1\\0&3&2\\0&0&1\end{pmatrix}$.

Пишем $[A\mid I]$. Ко всем столбцам расширенной матрицы последовательно применяем: $R_2\leftarrow R_2/(3)$; $R_1\leftarrow R_1-(1)R_2$; $R_1\leftarrow R_1-(1/3)R_3$; $R_2\leftarrow R_2-(2/3)R_3$. Слева получаем $I$, справа $A^{-1}=\begin{pmatrix}1&-1/3&-1/3\\0&1/3&-2/3\\0&0&1\end{pmatrix}$. Складываем только диагональ: $\tr(A^{-1})=7/3=2.3333$. Проверка умножением $AA^{-1}=I$ обнаруживает ошибку в любом столбце; один определитель такую проверку не заменяет.

EN

Row $i$ of the outer product is $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}0&1&1\\0&2&2\\0&0&0\end{pmatrix}$. This is a matrix, whereas $v^Tu$ is a scalar. Add ones only on the diagonal: $A=\begin{pmatrix}1&1&1\\0&3&2\\0&0&1\end{pmatrix}$.

Write $[A\mid I]$. Apply these operations to every column of the augmented matrix, in order: $R_2\leftarrow R_2/(3)$; $R_1\leftarrow R_1-(1)R_2$; $R_1\leftarrow R_1-(1/3)R_3$; $R_2\leftarrow R_2-(2/3)R_3$. The left side becomes $I$ and the right side is $A^{-1}=\begin{pmatrix}1&-1/3&-1/3\\0&1/3&-2/3\\0&0&1\end{pmatrix}$. Add only the diagonal: $\tr(A^{-1})=7/3=2.3333$. Multiplication checks $AA^{-1}=I$ and can reveal an error in any column; checking only the determinant cannot do this.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью
Y1804Уровень YMLSступень 4минимумЛиналавторская
RU

Даны столбцы $u=(2,-1,1)^T$, $v=(1,2,1)^T$. $I$ — единичная матрица порядка $3$.

Постройте $A=I+uv^T$ и вычислите $\det A$ обычными действиями со строками или разложением. Ответ — целое число.

EN

The column vectors are $u=(2,-1,1)^T$, $v=(1,2,1)^T$. $I$ is the identity matrix of order $3$.

Construct $A=I+uv^T$ and calculate $\det A$ using ordinary row operations or expansion. Enter an integer.

Подсказка / Hint
RU

Проверьте размер произведения. Для обратной матрицы преобразуйте обе половины $[A\mid I]$ одинаково.

EN

Check the product dimensions. To find the inverse, apply each operation to both halves of $[A\mid I]$.

Решение / Solution
RU

Строка $i$ внешнего произведения равна $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}2&4&2\\-1&-2&-1\\1&2&1\end{pmatrix}$. Это матрица, а $v^Tu$ — число. Добавляем единицы только на диагональ: $A=\begin{pmatrix}3&4&2\\-1&-1&-1\\1&2&2\end{pmatrix}$.

Разложим по первой строке, сохраняя чередующиеся знаки алгебраических дополнений: $\det A=(3)(0)+(4)(1)+(2)(-1)=2$. Каждый второй множитель — определитель оставшейся матрицы со знаком $(-1)^{1+j}$. Ненулевой определитель разрешает искать обратную матрицу.

EN

Row $i$ of the outer product is $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}2&4&2\\-1&-2&-1\\1&2&1\end{pmatrix}$. This is a matrix, whereas $v^Tu$ is a scalar. Add ones only on the diagonal: $A=\begin{pmatrix}3&4&2\\-1&-1&-1\\1&2&2\end{pmatrix}$.

Expand along the first row, retaining the alternating cofactor signs: $\det A=(3)(0)+(4)(1)+(2)(-1)=2$. Each second factor is the remaining minor determinant with sign $(-1)^{1+j}$. The nonzero determinant allows us to seek an inverse.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью
Y1805Уровень YMLSступень 4минимумЛиналавторская
RU

Даны столбцы $u=(1,2,-1)^T$, $v=(1,0,1)^T$. $I$ — единичная матрица порядка $3$.

Постройте $A=I+uv^T$. Найдите $A^{-1}$ решением систем или методом Гаусса и вычислите $\tr(A^{-1})$.

Ответ округлите до четырёх знаков после запятой.

EN

The column vectors are $u=(1,2,-1)^T$, $v=(1,0,1)^T$. $I$ is the identity matrix of order $3$.

Construct $A=I+uv^T$. Find $A^{-1}$ by solving systems or Gaussian elimination, then calculate $\tr(A^{-1})$.

Round your answer to four decimal places.

Подсказка / Hint
RU

Проверьте размер произведения. Для обратной матрицы преобразуйте обе половины $[A\mid I]$ одинаково.

EN

Check the product dimensions. To find the inverse, apply each operation to both halves of $[A\mid I]$.

Решение / Solution
RU

Строка $i$ внешнего произведения равна $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}1&0&1\\2&0&2\\-1&0&-1\end{pmatrix}$. Это матрица, а $v^Tu$ — число. Добавляем единицы только на диагональ: $A=\begin{pmatrix}2&0&1\\2&1&2\\-1&0&0\end{pmatrix}$.

Пишем $[A\mid I]$. Ко всем столбцам расширенной матрицы последовательно применяем: $R_1\leftarrow R_1/(2)$; $R_2\leftarrow R_2-(2)R_1$; $R_3\leftarrow R_3-(-1)R_1$; $R_3\leftarrow R_3/(1/2)$; $R_1\leftarrow R_1-(1/2)R_3$; $R_2\leftarrow R_2-(1)R_3$. Слева получаем $I$, справа $A^{-1}=\begin{pmatrix}0&0&-1\\-2&1&-2\\1&0&2\end{pmatrix}$. Складываем только диагональ: $\tr(A^{-1})=3=3.0000$. Проверка умножением $AA^{-1}=I$ обнаруживает ошибку в любом столбце; один определитель такую проверку не заменяет.

EN

Row $i$ of the outer product is $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}1&0&1\\2&0&2\\-1&0&-1\end{pmatrix}$. This is a matrix, whereas $v^Tu$ is a scalar. Add ones only on the diagonal: $A=\begin{pmatrix}2&0&1\\2&1&2\\-1&0&0\end{pmatrix}$.

Write $[A\mid I]$. Apply these operations to every column of the augmented matrix, in order: $R_1\leftarrow R_1/(2)$; $R_2\leftarrow R_2-(2)R_1$; $R_3\leftarrow R_3-(-1)R_1$; $R_3\leftarrow R_3/(1/2)$; $R_1\leftarrow R_1-(1/2)R_3$; $R_2\leftarrow R_2-(1)R_3$. The left side becomes $I$ and the right side is $A^{-1}=\begin{pmatrix}0&0&-1\\-2&1&-2\\1&0&2\end{pmatrix}$. Add only the diagonal: $\tr(A^{-1})=3=3.0000$. Multiplication checks $AA^{-1}=I$ and can reveal an error in any column; checking only the determinant cannot do this.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью

Мини-тест под таймером

20 минут

Одна задача, таймер идёт, подсказки и решение не открываются до истечения времени. Это тренировка не математики, а поведения под давлением.

Y1806Уровень YMLSступень 4минимумЛиналавторская
RU

Даны столбцы $u=(2,1,1)^T$, $v=(1,-1,0)^T$. $I$ — единичная матрица порядка $3$.

Постройте $A=I+uv^T$. Найдите $A^{-1}$ решением систем или методом Гаусса и вычислите $\tr(A^{-1})$.

Ответ округлите до четырёх знаков после запятой.

EN

The column vectors are $u=(2,1,1)^T$, $v=(1,-1,0)^T$. $I$ is the identity matrix of order $3$.

Construct $A=I+uv^T$. Find $A^{-1}$ by solving systems or Gaussian elimination, then calculate $\tr(A^{-1})$.

Round your answer to four decimal places.

Подсказка / Hint
RU

Проверьте размер произведения. Для обратной матрицы преобразуйте обе половины $[A\mid I]$ одинаково.

EN

Check the product dimensions. To find the inverse, apply each operation to both halves of $[A\mid I]$.

Решение / Solution
RU

Строка $i$ внешнего произведения равна $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}2&-2&0\\1&-1&0\\1&-1&0\end{pmatrix}$. Это матрица, а $v^Tu$ — число. Добавляем единицы только на диагональ: $A=\begin{pmatrix}3&-2&0\\1&0&0\\1&-1&1\end{pmatrix}$.

Пишем $[A\mid I]$. Ко всем столбцам расширенной матрицы последовательно применяем: $R_1\leftarrow R_1/(3)$; $R_2\leftarrow R_2-(1)R_1$; $R_3\leftarrow R_3-(1)R_1$; $R_2\leftarrow R_2/(2/3)$; $R_1\leftarrow R_1-(-2/3)R_2$; $R_3\leftarrow R_3-(-1/3)R_2$. Слева получаем $I$, справа $A^{-1}=\begin{pmatrix}0&1&0\\-1/2&3/2&0\\-1/2&1/2&1\end{pmatrix}$. Складываем только диагональ: $\tr(A^{-1})=5/2=2.5000$. Проверка умножением $AA^{-1}=I$ обнаруживает ошибку в любом столбце; один определитель такую проверку не заменяет.

EN

Row $i$ of the outer product is $u_i v^T$: $uv^T=\begin{pmatrix}2&-2&0\\1&-1&0\\1&-1&0\end{pmatrix}$. This is a matrix, whereas $v^Tu$ is a scalar. Add ones only on the diagonal: $A=\begin{pmatrix}3&-2&0\\1&0&0\\1&-1&1\end{pmatrix}$.

Write $[A\mid I]$. Apply these operations to every column of the augmented matrix, in order: $R_1\leftarrow R_1/(3)$; $R_2\leftarrow R_2-(1)R_1$; $R_3\leftarrow R_3-(1)R_1$; $R_2\leftarrow R_2/(2/3)$; $R_1\leftarrow R_1-(-2/3)R_2$; $R_3\leftarrow R_3-(-1/3)R_2$. The left side becomes $I$ and the right side is $A^{-1}=\begin{pmatrix}0&1&0\\-1/2&3/2&0\\-1/2&1/2&1\end{pmatrix}$. Add only the diagonal: $\tr(A^{-1})=5/2=2.5000$. Multiplication checks $AA^{-1}=I$ and can reveal an error in any column; checking only the determinant cannot do this.

уверенность1 — угадал, 5 — уверен полностью
день закрыт, когда
В каждой задаче минимума до вычислений записан первый ход и причина выбора.In every minimum-route problem, write the first move and its reason before calculating.
Все обязательные мосты решены без подсказок; после ошибки метод восстановлен самостоятельно.Solve every mandatory bridge without hints; after an error, reconstruct the method independently.
Все три финала решены без решения перед глазами; численный результат проверен другим способом.Solve all three finals without viewing solutions and check each numerical result another way.
Для каждого финала объяснено, что изменится при изменении одной предпосылки.For each final, explain what would change if one assumption changed.
В доказательных задачах проверены область, ключевое равенство и вывод; числовая галочка не считается проверкой доказательства.For proof tasks, check the domain, key identity, and conclusion; a numeric checkmark does not certify a proof.
аудит дня
RU

Запиши в заметку конкретную ошибку, её причину и проверку, которая могла её поймать. При неверном финале вернись к мосту того же метода; повтори на новой попытке после паузы. Сохрани доказательства на бумаге и проверь их по пунктам разбора.

EN

Record the specific error, its cause, and a check that could have caught it. After a failed final, return to the bridge for the same method and retry in a fresh attempt after a break. Keep written proofs and compare them with the explanation checklist.