Matrisin Rankı
MATE 213 — Lineer Cebir
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:
- yeni bir kısıt getirebilir,
- mevcutlardan üretilebilir,
- 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:
| \(\operatorname{rank}(A)<\operatorname{rank}([A\mid b])\) |
yok |
| \(\operatorname{rank}(A)=\operatorname{rank}([A\mid b])=n\) |
tek |
| \(\operatorname{rank}(A)=\operatorname{rank}([A\mid b])<n\) |
sonsuz |
Sık Yapılan Hatalar
- Rankı satır sayısı sanmak.
- Rankı başlangıçtaki sıfır olmayan satır sayısı sanmak.
- Denklem = bilinmeyen sayısı ise rank da o kadardır sanmak.
- Fazla denklemin her zaman yeni bilgi getirdiğini sanmak.
- \(\operatorname{rank}(A)\) ile \(\operatorname{rank}([A\mid b])\)’yi karıştırmak.
Karşılaştırmalı Uygulama
Hesap yapmadan sınıflandırın (\(n=4\)):
- \(\operatorname{rank}(A)=3,\ \operatorname{rank}([A\mid b])=4\)
- \(\operatorname{rank}(A)=\operatorname{rank}([A\mid b])=4\)
- \(\operatorname{rank}(A)=\operatorname{rank}([A\mid b])=2\)
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.