1 概述
上一课讲解了矩阵与向量之间的乘法,这一课主要讲矩阵与矩阵的乘法,并对逆矩阵进行详细介绍。
2 矩阵乘法
在矩阵乘法中,需要注意A的列数必须等于B的行数。
Am∗n⎣⎡147258369⎦⎤Bn∗p⎣⎡963852741⎦⎤=Cm∗p⎣⎡c11c21c31c12c22c32c1354c33⎦⎤
方法一 行列点乘法
Cij=k=1∑nAikBjk 即C中第i行j列的元素等于A中第i行与B中第j列的点乘。
C23=Arow2Bcol3=A21B13+A22B23+A23B33=4∗7+5∗4+6∗1=28+20+6=54=k=1∑nA2kBk3
方法二 列方法
整列考虑,C中的各列是A中各列的线性组合。B的一个列向量乘以A(矩阵A各列向量的线性组合)得到C的对应列向量,此过程其余列向量暂不参与计算。
Ccol1=ABcol1=B11Acol1+B12Acol2+B13Acol3=⎣⎡147258369⎦⎤⎣⎡963⎦⎤=9⎣⎡147⎦⎤+6⎣⎡258⎦⎤+3⎣⎡369⎦⎤=⎣⎡93663⎦⎤+⎣⎡123048⎦⎤+⎣⎡91827⎦⎤=⎣⎡3084138⎦⎤
方法三 行方法
整行考虑,C中的各行是B中各行的线性组合。A的一个行向量乘以B(矩阵B各行向量的线性组合)得到C的对应行向量,此过程其余行向量暂不参与计算。
Crow1=Arow1B=A11Brow1+A12Brow2+A13Brow3=[123]⎣⎡963852741⎦⎤=1[987]+2[654]+3[321]=[987]+[12108]+[963]=[302418]
方法四 列*行
A各列与B各行乘积之和,例如A中第一列乘以B中第一行会得到一个矩阵,最后将各矩阵相加。
C=Acol1Brow1+Acol2Brow2+Acol3Brow3=⎣⎡147258369⎦⎤⎣⎡963852741⎦⎤=⎣⎡147⎦⎤[987]+⎣⎡258⎦⎤[654]+⎣⎡369⎦⎤[321]=⎣⎡936638325672849⎦⎤+⎣⎡12304810254082032⎦⎤+⎣⎡9182761618369⎦⎤=⎣⎡30841382473114185490⎦⎤
方法五:分块乘法
将矩阵A,B分成能够相互匹配的块,然后对应块进行行列点乘法。
[A1A3A2A4][B1B3B2B4]=[C1C3C2C4]C1=A1B1+A2B3
3 逆矩阵
对于一个方阵A,如果A可逆,就有一个A−1,使
A−1A=I=AA−1(1)
公式(1)中I为单位矩阵,既左逆矩阵等于右逆矩阵
如果A非方阵: 左逆A−1A=右逆AA−1。因为这时左右侧A−1的形状一定不相同。
3.1 奇异矩阵:(没有逆的情况)
A[1236]X=I
矩阵A是否存在逆矩阵?从列组合的方面来考虑:矩阵I的列向量是矩阵A列向量的线性组合,即a[12]+b[36]=c[12],很明显结果并不为I的某一列,因为单位矩阵中一列只有一个元素为1,其余元素均为0。
如果存在非零向量X,使得AX=0,A没有逆矩阵。假如A有逆,由A−1Ax=Ix=0,可知矛盾。
3.2 非奇异矩阵
A[1237]A−1[abcd]=I[1001]
$ AA^{-1}{colj} = I{colj} ,A乘以其逆的第j列等于单位阵的第j$列
[1237][ab]=[10][1237][cd]=[01]
3.3 高斯-若尔当
如何求解一个方阵的逆?一般的方法,就是假设出A−1中的元素,然后就是求解一个线性方程组的过程。更好的方式是将两个矩阵放在一起考虑 (A,I),同时对两个矩阵进行变换求逆矩阵。
[12371001]E21[10311−201]E12[10017−2−31]
用消元的思想表示上面的过程:
E(A,I)=(EA,EI)=(I,A−1)