Простейшие действия с матрицами

1) Транспонирование.

Матрица Простейшие действия с матрицами - student2.ru называется транспонированной по отношению к матрице А, если строки одной матрицы являются столбцами другой и наоборот, например,

Простейшие действия с матрицами - student2.ru .

2) Сложение (вычитание) матриц.

Чтобы найти сумму или разность двух матриц, нужно сложить или вычесть соответствующие элементы этих матриц, например,

Простейшие действия с матрицами - student2.ru

Простейшие действия с матрицами - student2.ru ;

Простейшие действия с матрицами - student2.ru .

Замечание: исходя из определения, складывать или вычитать можно только матрицы одного размера.

3) Умножение на число (скаляр).

Чтобы умножить матрицу на число, нужно все ее элементы умножить на это число, например,

Простейшие действия с матрицами - student2.ru .

Следствие: общий множитель всех элементов матрицы можно выносить за знак матрицы.

Умножение матриц

Матрица С называется произведением матрицы А на матрицу В, если ее элементы вычисляются следующим образом:

Простейшие действия с матрицами - student2.ru .

Т.е. элемент матрицы С, стоящий в Простейшие действия с матрицами - student2.ru -той строке и Простейшие действия с матрицами - student2.ru -том столбце, равен сумме произведений соответствующих элементов Простейшие действия с матрицами - student2.ru -той строки матрицы А и Простейшие действия с матрицами - student2.ru -того столбца матрицы В (соответствующих — это значит, что первый элемент строки умножаем на первый элемент столбца, второй — на второй и так до последней пары элементов).

Из определения данного действия следует, что умножать можно только такие матрицы, в которых число столбцов матрицы А (т.е. число элементов в ее строке) равно числу строк матрицы В (т.е. числу элементов в ее столбце). Такие матрицы называются согласованными для умножения. Из определения умножения можно также заключить, что умножение матрицы А размера Простейшие действия с матрицами - student2.ru на матрицу В размера Простейшие действия с матрицами - student2.ru дает матрицу С размера Простейшие действия с матрицами - student2.ru .

Заметим, что квадратные матрицы одного порядка всегда согласованы для умножения.

Пример.

Простейшие действия с матрицами - student2.ru .

Простейшие действия с матрицами - student2.ru .

Для данных матриц обратное умножение В на А невозможно, т.к. число столбцов в В равно 2, а число строк в матрице А равно 4. Но даже, если возможны оба произведения, они в общем случае могут не совпадать. Проверим:

Простейшие действия с матрицами - student2.ru ;

Простейшие действия с матрицами - student2.ru ;

Простейшие действия с матрицами - student2.ru .

Свойства умножения матриц

1) В общем случае Простейшие действия с матрицами - student2.ru , т.е. в общем случае перестановочное свойство умножения не выполняется.

Матрицы, для которых оно выполняется, называются перестановочными.

2) Сочетательное свойство: Простейшие действия с матрицами - student2.ru .

3) Распределительное свойство умножения относительно сложения:

Простейшие действия с матрицами - student2.ru

4) Умножение на единичную матрицу не меняет матрицы: Простейшие действия с матрицами - student2.ru .

5) Умножение на нулевую матрицу дает нулевую матрицу: Простейшие действия с матрицами - student2.ru ;

замечание: из того факта, что произведение двух матриц равно 0, не следует обязательно, что либо одна из них, либо обе вместе равны 0.

Матричные уравнения

Используя различные действия с матрицами, можно составлять матричные уравнения — соотношения между неизвестной матрицей Х и известными матрицами.

Например, АХ = В или ХА = В, АХВ = С, АХ + В = С, ХА — В = С и т.д.

Рассмотрим одно из простейших матричных уравнений:

Простейшие действия с матрицами - student2.ru .

В школьном курсе алгебры рассматривалось соответствующее ему уравнение для действительных чисел:

Простейшие действия с матрицами - student2.ru

Решением этого линейного уравнения является Простейшие действия с матрицами - student2.ru , где число Простейшие действия с матрицами - student2.ru называется обратным к Простейшие действия с матрицами - student2.ru и удовлетворяет соотношению: Простейшие действия с матрицами - student2.ru .

Введем подобное понятие и для матриц. Матрица Простейшие действия с матрицами - student2.ru называется обратной к Простейшие действия с матрицами - student2.ru , если она удовлетворяет условию:

Простейшие действия с матрицами - student2.ru ,

где Простейшие действия с матрицами - student2.ru — единичная матрица.

Из определения обратной матрицы следует, что ее можно найти только для квадратных матриц.

Существование обратной матрицы дает возможность решать матричные уравнения, например, рассмотрим уравнение Простейшие действия с матрицами - student2.ru . Умножим обе части уравнения слева на матрицу, обратную Простейшие действия с матрицами - student2.ru :

Простейшие действия с матрицами - student2.ru .

Аналогично можно найти решение уравнения Простейшие действия с матрицами - student2.ru , умножая теперь уже справа обе части уравнения на Простейшие действия с матрицами - student2.ru :

Простейшие действия с матрицами - student2.ru .

Наши рекомендации