Matrices

Find the inverse of the matrix $\begin{bmatrix} 2 & -1 & 3 \\ -5 & 3 & 1 \\ -3 & 2 & 3 \end{bmatrix}$ using elementary transformations.


Let $A=$ $\begin{bmatrix} 2 & -1 & 3 \\ -5 & 3 & 1 \\ -3 & 2 & 3 \end{bmatrix}$, $I=$ $\begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} = $ Identity matrix of order 3

Let $A^{-1}$ be the inverse of A.

Then, $A \times A^{-1} = I$

i.e. $\begin{bmatrix} 2 & -1 & 3 \\ -5 & 3 & 1 \\ -3 & 2 & 3 \end{bmatrix} A^{-1} =$ $\begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix}$

Using row transformations:

$R_1 \rightarrow R_1+R_3 \implies$ $\begin{bmatrix} -1 & 1 & 6 \\ -5 & 3 & 1 \\ -3 & 2 & 3 \end{bmatrix} A^{-1} =$ $\begin{bmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix}$

$R_2 \rightarrow R_2-R_3 \implies$ $\begin{bmatrix} -1 & 1 & 6 \\ -2 & 1 & -2 \\ -3 & 2 & 3 \end{bmatrix} A^{-1}=$ $\begin{bmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & -1 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix}$

$R_1 \rightarrow R_1-R_2 \implies$ $\begin{bmatrix} 1 & 0 & 8 \\ -2 & 1 & -2 \\ -3 & 2 & 3 \end{bmatrix} A^{-1}=$ $\begin{bmatrix} 1 & -1 & 2 \\ 0 & 1 & -1 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix}$ $R_2 \rightarrow R_2+2R_1 \implies$ $\begin{bmatrix} 1 & 0 & 8 \\ 0 & 1 & 14 \\ -3 & 2 & 3 \end{bmatrix} A^{-1} =$ $\begin{bmatrix} 1 & -1 & 2 \\ 2 & -1 & 3 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix}$

$R_3 \rightarrow R_3 + 3R_1 \implies$ $\begin{bmatrix} 1 & 0 & 8 \\ 0 & 1 & 14 \\ 0 & 2 & 27 \end{bmatrix} A^{-1} =$ $\begin{bmatrix} 1 & -1 & 2 \\ 2 & -1 & 3 \\ 3 & -3 & 7 \end{bmatrix}$

$R_3 \rightarrow R_3 - 2R_2 \implies$ $\begin{bmatrix} 1 & 0 & 8 \\ 0 & 1 & 14 \\ 0 & 0 & -1 \end{bmatrix} = A^{-1}$ $\begin{bmatrix} 1 & -1 & 2 \\ 2 & -1 & 3 \\ -1 & -1 & 1 \end{bmatrix}$

$R_1 \rightarrow R_1+8R_3 \, , R_2 \rightarrow R_2+14R_3 \implies$

$\begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & -1 \end{bmatrix} A^{-1} =$ $\begin{bmatrix} -7 & -9 & 10 \\ -12 & -15 & 17 \\ -1 & -1 & 1 \end{bmatrix}$

$R_3 \rightarrow \left(-1\right)R_3 \implies$ $\begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} A^{-1} =$ $\begin{bmatrix} -7 & -9 & 10 \\ -12 & -15 & 17 \\ 1 & 1 & -1 \end{bmatrix}$

$\therefore A^{-1} =$ $\begin{bmatrix} -7 & -9 & 10 \\ -12 & -15 & 17 \\ 1 & 1 & -1 \end{bmatrix}$