线性代数(3)矩阵乘法

矩阵加减

已知 A = ( 1 3 2 4 5 6 ) A=\begin{pmatrix}1&3\\2&4\\5&6\end{pmatrix} , B = ( 7 8 9 10 11 12 ) B=\begin{pmatrix}7&8\\9&10\\11&12\end{pmatrix} ,求 2 A + 3 B 2A+3B ?

  • 对于单个数值与矩阵的乘法其规则为,矩阵中的每一个数值分别与该数相乘
  • 对于矩阵的加减,其规则为 A i j A_{ij} B i j B_{ij} 的元素相加减
    因此,原式
    2 A + 3 B = 2 ( 1 3 2 4 5 6 ) + 3 ( 7 8 9 10 11 12 ) 2A+3B=2*\begin{pmatrix}1&3\\2&4\\5&6\end{pmatrix}+3*\begin{pmatrix}7&8\\9&10\\11&12\end{pmatrix}
    = ( 2 6 4 8 10 12 ) + ( 21 24 27 30 33 36 ) =\begin{pmatrix}2&6\\4&8\\10&12\end{pmatrix}+\begin{pmatrix}21&24\\27&30\\33&36\end{pmatrix}
    = ( 2 + 21 6 + 24 4 + 27 8 + 30 10 + 33 12 + 36 ) =\begin{pmatrix}2+21&6+24\\4+27&8+30\\10+33&12+36\end{pmatrix}
    = ( 23 30 31 38 43 48 ) =\begin{pmatrix}23&30\\31&38\\43&48\end{pmatrix}

矩阵乘法

  • 规则:前行乘后列
  • A m n B n p = C m p A_{mn}*B_{np}=C_{mp} ,即m行n列的矩阵乘n行p列的矩阵,结果是m行p列,也就是说乘积矩阵的行数是由前面矩阵的行数决定,乘积矩阵的列数是由后面矩阵的列数决定的,如果前面矩阵的列数与后面矩阵的行数不等便无法进行矩阵乘法

示例:
已知 A = ( 1 3 2 1 0 2 ) A=\begin{pmatrix}1&3\\2&1\\0&2\end{pmatrix} , B = ( 1 2 0 0 1 2 ) B=\begin{pmatrix}1&2&0\\0&1&2\end{pmatrix} ,求 A B A*B ?
原式
A B = ( 1 3 2 1 0 2 ) ( 1 2 0 0 1 2 ) A*B=\begin{pmatrix}1&3\\2&1\\0&2\end{pmatrix}*\begin{pmatrix}1&2&0\\0&1&2\end{pmatrix}
= ( 1 1 + 3 0 1 2 + 3 1 1 0 + 3 2 2 1 + 1 0 2 2 + 1 1 2 0 + 1 2 0 1 + 2 0 0 2 + 2 1 0 0 + 2 2 ) =\begin{pmatrix}1*1+3*0&1*2+3*1&1*0+3*2\\2*1+1*0&2*2+1*1&2*0+1*2\\0*1+2*0&0*2+2*1&0*0+2*2\end{pmatrix}
= ( 1 5 6 2 5 2 0 2 4 ) =\begin{pmatrix}1&5&6\\2&5&2\\0&2&4\end{pmatrix}

特殊性质

任何矩阵乘0矩阵都为0

M 0 A = 0 M_{0}*A=0
其中零矩阵 M 0 M_{0} 是形如 M 0 = ( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ) M_{0}=\begin{pmatrix}0&0&0\\0&0&0\\0&0&0\end{pmatrix} 的矩阵

单位矩阵乘任意矩阵得任意矩阵

E A = A E = A E*A=A*E=A
其中,单位矩阵是形如 E = ( 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ) E=\begin{pmatrix}1&0&0\\0&1&0\\0&0&1\end{pmatrix} 的矩阵
也可推出:
E 2 = E E = E E^2=E*E=E

交换矩阵顺序,乘积未必相等

A B ? = B A A*B?=B*A
很显然,交换矩阵顺序后改变了矩阵的维度关系,例如2 * 3的矩阵与3 * 2的矩阵结果是2 * 2的矩阵,交互顺序后变成3 * 2的矩阵与2 * 3的矩阵相乘,其结果是3 * 3的矩阵。或者在交换之后无法进行矩阵乘法。

矩阵没有除法

A X = A Y X Y A*X=A*Y\nRightarrow X*Y

矩阵没有指数结合性质

( A B ) k A k B k (AB)^k\nLeftrightarrow A^k*B^k

求矩阵的行列式

已知矩阵 A = ( 1 2 3 4 ) A=\begin{pmatrix}1&2\\3&4\end{pmatrix} ,求 A ? |A|?
A |A| 即是求A的行列式的值,这里,
A = [ 1 2 3 4 ] = 2 A=\begin{bmatrix}1&2\\3&4\end{bmatrix}=-2
一般,
λ A = λ n A |\lambda A|=\lambda^n*|A|
这里, λ \lambda 是系数,n是阶数(n行n列)
例如已知 A = [ 1 2 3 4 ] = 2 A=\begin{bmatrix}1&2\\3&4\end{bmatrix}=-2 ,求 A = [ 2 4 6 8 ] A=\begin{bmatrix}2&4\\6&8\end{bmatrix}
原式
A = [ 2 4 6 8 ] A=\begin{bmatrix}2&4\\6&8\end{bmatrix}
= [ 1 2 2 2 3 2 4 2 ] =\begin{bmatrix}1*2&2*2\\3*2&4*2\end{bmatrix}
= 2 2 ( 2 ) = 8 =2^2*(-2)=-8

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