Matrisin Rankı

MATE 213 — Lineer Cebir

Öğr. Gör. Oktay Cesur

2026-07-24

Sezgi: Bilinmeyen Kadar Denklem?

İki bilinmeyen için iki, üç bilinmeyen için üç denklem gerekir.

\[ x+y=3 \quad\Rightarrow\quad \text{sonsuz }(x,y) \]

\[ \begin{aligned} x+y&=3,\\ x-y&=1 \end{aligned} \quad\Rightarrow\quad (x,y)=(2,1) \]

Denklem Var Ama Yeni Bilgi Yok

\[ \begin{aligned} x+y&=3,\\ 2x+2y&=6 \end{aligned} \qquad E_2=2E_1 \]

\[ \left[\begin{array}{cc|c}1&1&3\\2&2&6\end{array}\right] \xrightarrow{R_2\leftarrow R_2-2R_1} \left[\begin{array}{cc|c}1&1&3\\0&0&0\end{array}\right] \]

Bağımlılık Yalnız Kat Olmak Değildir

\[ \begin{aligned} x+y+z&=4,\\ x-y+z&=2,\\ 2x+2z&=6 \end{aligned} \qquad E_3=E_1+E_2 \]

Hiçbiri diğerinin katı değil.

Fazladan Denklem Üç Rol Oynayabilir

İki bilinmeyene yüz denklem yazılabilir.

Fazladan bir denklem:

  1. yeni bir kısıt getirebilir,
  2. mevcutlardan üretilebilir,
  3. mevcutlarla çelişebilir.

Satır İndirgeme Neyi Ortaya Çıkarır?

\[ A=\begin{bmatrix}1&2&3\\2&4&6\\1&1&0\end{bmatrix} \longrightarrow \begin{bmatrix}1&2&3\\0&-1&-3\\0&0&0\end{bmatrix} \]

Üç satır → iki pivot.

Rank Tanımı

\[ \boxed{\operatorname{rank}(A)=\text{satır basamak biçimindeki pivot sayısı}} \]

\[ \begin{bmatrix}1&2&3\\2&4&6\\1&1&0\end{bmatrix} \longrightarrow \begin{bmatrix}1&2&3\\0&-1&-3\\0&0&0\end{bmatrix} \quad\Rightarrow\quad \operatorname{rank}(A)=2 \]

Satır İşlemleri Rankı Değiştirmez

\[ A\xrightarrow{\text{elementer satır işlemleri}}B \quad\Longrightarrow\quad \boxed{\operatorname{rank}(A)=\operatorname{rank}(B)} \]

Satır Rankı = Sütun Rankı

\[ \boxed{\text{satır rankı}=\text{sütun rankı}=\operatorname{rank}(A)} \]

  • Satır rankı: bağımsız satırların en büyük sayısı
  • Sütun rankı: bağımsız sütunların en büyük sayısı

Rank Neyi Ölçer?

\[ A=\begin{bmatrix}1&2\\2&4\end{bmatrix} \to \begin{bmatrix}1&2\\0&0\end{bmatrix} \Rightarrow\operatorname{rank}(A)=1 \]

\[ B=\begin{bmatrix}1&2\\0&3\end{bmatrix} \Rightarrow\operatorname{rank}(B)=2 \]

Rank, bağımsız etkin kısıt sayısını ölçer.

Rankın Alabileceği Değerler

\[ \boxed{0\leq\operatorname{rank}(A)\leq\min(m,n)},\qquad A\in\mathbb{R}^{m\times n} \]

  • Pivot: tek satırda, tek sütunda
  • \(\operatorname{rank}(0)=0\)
  • \(A\in\mathbb{R}^{5\times2}\Rightarrow\operatorname{rank}(A)\leq2\)

Tam Rank

\[ \boxed{\operatorname{rank}(A)=\min(m,n)\Longrightarrow A\ \text{tam ranklı}} \]

Kare matriste:

\[ A\in\mathbb{R}^{n\times n},\quad \operatorname{rank}(A)=n \Rightarrow \text{her satırda ve her sütunda pivot} \]

Elementer Sütun İşlemleri

\[ \boxed{C_i\leftrightarrow C_j} \qquad \boxed{C_i\leftarrow\lambda C_i,\ \lambda\neq0} \qquad \boxed{C_i\leftarrow C_i+\lambda C_j} \]

Üçü de geri alınabilir → rankı korur:

\[ A\xrightarrow{\text{sütun işlemleri}}B \Rightarrow \operatorname{rank}(A)=\operatorname{rank}(B) \]

Sütun İşlemi ≠ Satır İşlemi Rolü

\[ \left[\begin{array}{cc|c}1&2&5\\3&4&11\end{array}\right] \xrightarrow{C_1\leftrightarrow C_2} \left[\begin{array}{cc|c}2&1&5\\4&3&11\end{array}\right] \]

\[ (x,y)=(1,2) \quad\longrightarrow\quad (x,y)=(2,1) \]

Sağ Taraf Sütunu Neden Ayrıdır?

\[ \left[\begin{array}{cc|c}1&2&5\\3&4&11\end{array}\right] \xrightarrow{C_3\leftarrow C_3+C_1} \left[\begin{array}{cc|c}1&2&6\\3&4&14\end{array}\right] \]

\[ (1,2)\quad\longrightarrow\quad(2,2) \]

Bu sütun katsayı değil, \(b\) taşır.

Rank ile Tutarlılık

\[ \boxed{\text{sistem tutarlı}\iff \operatorname{rank}(A)=\operatorname{rank}([A\mid b])} \]

Çelişki satırı → sağ tarafta yeni pivot.

Rank ile Üç Çözüm Durumu

\(A\in\mathbb{R}^{m\times n}\), \(n\) bilinmeyen:

Koşul Çözüm
\(\operatorname{rank}(A)<\operatorname{rank}([A\mid b])\) yok
\(\operatorname{rank}(A)=\operatorname{rank}([A\mid b])=n\) tek
\(\operatorname{rank}(A)=\operatorname{rank}([A\mid b])<n\) sonsuz

Sık Yapılan Hatalar

  1. Rankı satır sayısı sanmak.
  2. Rankı başlangıçtaki sıfır olmayan satır sayısı sanmak.
  3. Denklem = bilinmeyen sayısı ise rank da o kadardır sanmak.
  4. Fazla denklemin her zaman yeni bilgi getirdiğini sanmak.
  5. \(\operatorname{rank}(A)\) ile \(\operatorname{rank}([A\mid b])\)’yi karıştırmak.

Karşılaştırmalı Uygulama

Hesap yapmadan sınıflandırın (\(n=4\)):

  1. \(\operatorname{rank}(A)=3,\ \operatorname{rank}([A\mid b])=4\)
  2. \(\operatorname{rank}(A)=\operatorname{rank}([A\mid b])=4\)
  3. \(\operatorname{rank}(A)=\operatorname{rank}([A\mid b])=2\)

Sonraki Adım: Tam Ranktan Tersinirliğe

\[ A\in\mathbb{R}^{n\times n},\qquad \operatorname{rank}(A)=n \]

\[ Ax=b\ \text{her } b\in\mathbb{R}^n\ \text{için tek çözüm} \]

Bilgi kaybı yok → işlem geri alınabilir → ters matris.