Произведение двух матриц: формула, решения, свойства
Будут и задачи для самостоятельного решения, к которым можно посмотреть ответы.
Произведение матриц: определение, формула, способ нахождения
Определение. Произведением двух матриц А и В называется матрица С, элемент которой, находящийся на пересечении i-й строки и j-го столбца, равен сумме произведений элементов i-й строки матрицы А на соответствующие (по порядку) элементы j-го столбца матрицы В.
Из этого определения следует формула элемента матрицы C:
Произведение матрицы А на матрицу В обозначается АВ.
Пример 1. Найти произведение двух матриц А и B, если
,
.
Решение. Удобно нахождение произведения двух матриц А и В записывать так, как на рис.2:
На схеме серые стрелки показывают, элементы какой строки матрицы А на элементы какого столбца матрицы В нужно перемножить для получения элементов матрицы С , а линиями цвета элемента матрицы C соединены соответствующие элементы матриц A и B, произведения которых складываются для получения элемента матрицы C.
В результате получаем элементы произведения матриц:
Теперь у нас есть всё, чтобы записать произведение двух матриц:
.
Проверить решение этой и других подобных задач можно на калькуляторе произведения матриц онлайн.
Произведение двух матриц АВ имеет смысл только в том случае, когда число столбцов матрицы А совпадает с числом строк матрицы В .
Эту важную особенность будет легче запомнить, если почаще пользоваться следующими памятками:
Имеет место ещё одна важная особенность произведения матриц относительно числа строк и столбцов:
В произведении матриц АВ число строк равно числу строк матрицы А , а число столбцов равно числу столбцов матрицы В .
Пример 2. Найти число строк и столбцов матрицы C, которая является произведением двух матриц A и B следующих размерностей:
а) 2 Х 10 и 10 Х 5;
б) 10 Х 2 и 2 Х 5;
в) 4 Х 4 и 4 Х 10.
Решение:
а) 2 Х 5;
б) 10 Х 5;
в) 4 Х 10.
Примеры нахождения произведения матриц различной размерности
Пример 3. Найти произведение матриц A и B, если:
.
Решение. Число строк в матрице A - 2, число столбцов в матрице B - 2. Следовательно, размерность матрицы C = AB - 2 X 2.
Вычисляем элементы матрицы C = AB.
Найденное произведение матриц: 
.
Пример 4. Найти произведение матриц
и
.
Проверить решение этой и других подобных задач можно на калькуляторе произведения матриц онлайн.
Пример 5. Найти произведение матриц A и B, если:
.
Решение. Число строк в матрице A - 2, число столбцов в матрице B - 1. Следовательно, размерность матрицы C = AB - 2 X 1.
Вычисляем элементы матрицы C = AB.
Произведение матриц запишется в виде матрицы-столбца: 
.
Проверить решение этой и других подобных задач можно на калькуляторе произведения матриц онлайн.
Пример 6. Найти произведение матриц A и B, если:
.
Решение. Число строк в матрице A - 3, число столбцов в матрице B - 3. Следовательно, размерность матрицы C = AB - 3 X 3.
Вычисляем элементы матрицы C = AB.
Найденное произведение матриц: 
.
Проверить решение этой и других подобных задач можно на калькуляторе произведения матриц онлайн.
Пример 7. Найти произведение матриц A и B, если:
.
Решение. Число строк в матрице A - 1, число столбцов в матрице B - 1. Следовательно, размерность матрицы C = AB - 1 X 1.
Вычисляем элемент матрицы C = AB.
Произведение матриц является матрицей из одного элемента: 
.
Проверить решение этой и других подобных задач можно на калькуляторе произведения матриц онлайн.
Программная реализация произведения двух матриц на С++ разобрана в соответствующей статье в блоке "Компьютеры и программирование".
Возведение матрицы в степень
Возведение матрицы в степень определяется как умножение матрицы на ту же самую матрицу. Так как произведение матриц существует только тогда, когда число столбцов первой матрицы совпадает с числом строк второй матрицы, то возводить в степень можно только квадратные матрицы. n-ая степень матрицы путём умножения матрицы на саму себя n раз:
Пример 8. Дана матрица 
.
Найти A² и A³.
Решение:
Найти произведение матриц самостоятельно, а затем посмотреть решение
Пример 9. Дана матрица 
Найти произведение данной матрицы и транспонированной матрицы 
,
произведение транспонированной матрицы и
данной матрицы.
Свойства произведения двух матриц
Свойство 1. Произведение любой матрицы А на единичную матрицу Е соответствующего порядка как справа, так и слева, совпадает с матрицей А , т.е. АЕ = ЕА = А .
Иными словами, роль единичной матрицы при умножении матриц такая же, как и единицы при умножении чисел.
Пример 10. Убедиться в справедливости свойства 1, найдя произведения матрицы
на единичную матрицу справа и слева.
Решение. Так как матрица А содержит три столбца, то требуется найти произведение АЕ , где
-
единичная матрица третьего порядка. Найдём элементы произведения С = АЕ :
Получается, что АЕ = А .
Теперь найдём произведение ЕА , где Е – единичная матрица второго порядка, так как матрица А содержит две строки. Найдём элементы произведения С = ЕА :
Доказано: ЕА = А .
Проверить решение этой и других подобных задач можно на калькуляторе произведения матриц онлайн.
Свойство 2. Произведение матрицы А на нуль-матрицу является нуль-матрицей. Это свойство очевидно, так как все элементы нуль-матрицы равны нулю.
Свойство 3. Произведение матриц некоммутативно:
.
Для этого достаточно показать, что равенство АВ = ВА не выполняется для каких-либо двух матриц.
Пример 11. Найти произведения матриц АВ и ВА, если
,
,
и убедиться в том, что эти произведения не равны друг другу:
.
Решение. Находим:
И действительно, найденные произведения не равны:
.
Проверить решение этой и других подобных задач можно на калькуляторе произведения матриц онлайн.
Свойство 4. Произведение матриц ассоциативно: (АВ)С = А(ВС) .
Свойство 5. Для произведения матриц выполняется дистрибутивный закон: (А + В) С = АС + ВС , С (А + В) = СА + СВ .
Свойство 6. Определитель произведения двух квадратных матриц равен произведению их определителей: если С = АВ , то
.
| Назад<<< | Листать | Вперёд>>> |
Поделиться с друзьями
