Frobeniusmatrix

Eine Frobeniusmatrix ist eine spezielle Matrix aus dem mathematischen Teilgebiet der Numerik. Eine Matrix ist eine Frobeniusmatrix, wenn sie die folgenden drei Eigenschaften aufweist:

• auf der Hauptdiagonale stehen nur Einsen
• in höchstens einer Spalte stehen unter der Hauptdiagonale beliebige Einträge
• alle anderen Einträge sind Null

Ein Beispiel sellt die folgende Matrix dar.

$A={\begin{pmatrix}1&0&0&\cdots &0\\0&1&0&\cdots &0\\0&a_{32}&1&\cdots &0\\\vdots &\vdots &\vdots &\ddots &\vdots \\0&a_{n2}&0&\cdots &1\end{pmatrix}}$

Diese, nach Ferdinand Georg Frobenius benannten

Frobeniusmatrizen sind invertierbar. Ihre Inverse wird dadurch gebildet, dass das Vorzeichen bei allen Einträge außerhalb der Hauptdiagonale gewechselt wird. Die Inverse des obigen Beispiels berechnet sich so zu:

$A^{-1}={\begin{pmatrix}1&0&0&\cdots &0\\0&1&0&\cdots &0\\0&-a_{32}&1&\cdots &0\\\vdots &\vdots &\vdots &\ddots &\vdots \\0&-a_{n2}&0&\cdots &1\end{pmatrix}}$

Die Frobeniusmatrizen sind nach Ferdinand Georg Frobenius benannt. Sie treten bei der Beschreibung des Gaußschen Eliminationsverfahren als Darstellungsmatrizen der Gauß-Transformationen auf.

Wird eine Matrix von links mit einer Frobeniusmatrix multipliziert, dann wird eine Linearkombination der übrigen Zeilen zu einer festen Zeile der Matrix addiert, die Multiplikation mit der Inversen bewirkt dann die Subtraktion der entsprechenden Linearkombination von der gegebenen Zeile. Dies entspricht einer der Elementaroperationen des Gaußschen Eliminationsverfahrens (neben der Operation der Vertauschung von Zeilen und Multiplikation einer Zeile mit einem skalaren Vielfachen).

Quellen

• Josef Stoer: Einführung in die Numerische Mathematik 1. 9. Auflage. Springer-Verlag, 2005, ISBN 3-540-21395-3, S. 201