矩陣是什麼,睡解釋一下

時間 2022-04-05 10:38:29

1樓:匿名使用者

矩陣矩陣就是由方程組的係數及常數所構成的方陣。把用在解線性方程組上既方便,又直觀。例如對於方程組。

a1x+b1y+c1z=d1

a2x+b2y+c2z=d2

a3x+b3y+c3z=d3

來說,我們可以構成兩個矩陣:

a1b1c1a1b1c1d1

a2b2c2a2b2c2d2

a3b3c3a3b3c3d3

因為這些數字是有規則地排列在一起,形狀像矩形,所以數學家們稱之為矩陣,通過矩陣的變化,就可以得出方程組的解來。

矩陣這一具體概念是由19世紀英國數學家凱利首先提出並形成矩陣代數這一系統理論的。

但是追根溯源,矩陣最早出現在我國的<九章算術>中,在<九章算術>方程一章中,就提出瞭解線性方程各項的係數、常數按順序排列成一個長方形的形狀。隨後移動處籌,就可以求出這個方程的解。在歐洲,運用這種方法來解線性方程組,比我國要晚2000多年。

數學上,一個m×n矩陣乃一m行n列的矩形陣列。矩陣由陣列成,或更一般的,由某環中元素組成。

矩陣常見於線性代數、線性規劃、統計分析,以及組合數學等。請參考矩陣理論。

目錄 [隱藏]

1 歷史

2 定義和相關符號

2.1 一般環上構作的矩陣

2.2 分塊矩陣

3 特殊矩陣類別

4 矩陣運算

5 線性變換,秩,轉置

6 jacobian 行列式

7 參見

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歷史矩陣的研究歷史悠久,拉丁方陣和幻方在史前年代已有人研究。

作為解決線性方程的工具,矩陣也有不短的歷史。2023年,微積分的發現者之一戈特弗裡德·威廉·萊布尼茨建立了行列式論(theory of determinants)。2023年,加布里爾·克拉默其後又定下了克拉默法則。

2023年代,高斯和威廉·若爾當建立了高斯—若爾當消去法。

2023年詹姆斯·約瑟夫·西爾維斯特首先創出matrix一詞。研究過矩陣論的著名數學家有凱萊、威廉·盧雲·哈密頓、格拉斯曼、弗羅貝尼烏斯和馮·諾伊曼。

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定義和相關符號

以下是一個 4 × 3 矩陣:

某矩陣 a 的第 i 行第 j 列,或 i,j位,通常記為 a[i,j] 或 ai,j。在上述例子中 a[2,3]=7。

在c語言中,亦以 a[i][j] 表達。(值得注意的是,與一般矩陣的演算法不同,在c中,"行"和"列"都是從0開始算起的)

此外 a = (aij),意為 a[i,j] = aij 對於所有 i 及 j,常見於數學著作中。

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一般環上構作的矩陣

給出一環 r,m(m,n, r) 是所有由 r 中元素排成的 m× n 矩陣的集合。若 m=n,則通常記以 m(n,r)。這些矩陣可加可乘 (請看下面),故 m(n,r) 本身是一個環,而此環與左 r 模 rn 的自同態環同構。

若 r 可置換, 則 m(n, r) 為一帶單位元的 r-代數。其上可以萊布尼茨公式定義 行列式:一個矩陣可逆當且僅當其行列式在 r 內可逆。

在維基百科內,除特別指出,一個矩陣多是實數矩陣或虛數矩陣。

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分塊矩陣

分塊矩陣 是指一個大矩陣分割成「矩陣的矩陣」。舉例,以下的矩陣

可分割成 4 個 2×2 的矩陣

。 此法可用於簡化運算,簡化數學證明,以及一些電腦應用如vlsi晶片設計等。

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特殊矩陣類別

對稱矩陣是相對其主對角線(由左上至右下)對稱, 即是 ai,j=aj,i。

埃爾米特矩陣(或自共軛矩陣)是相對其主對角線以複共軛方式對稱, 即是 ai,j=a*j,i。

特普利茨矩陣在任意對角線上所有元素相對, 是 ai,j=ai+1,j+1。

隨機矩陣所有列都是概率向量, 用於馬爾可夫鏈。

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矩陣運算

給出 m×n 矩陣 a 和 b,可定義它們的和 a + b 為一 m×n 矩陣,等 i,j 項為 (a + b)[i, j] = a[i, j] + b[i, j]。舉例:

另類加法可見於矩陣加法.

若給出一矩陣 a 及一數字 c,可定義標量積 ca,其中 (ca)[i, j] = ca[i, j]。 例如

這兩種運算令 m(m, n, r) 成為一實數線性空間,維數是mn.

若一矩陣的列數與另一矩陣的行數相等,則可定義這兩個矩陣的乘積。如 a 是 m×n 矩陣和 b 是 n×p矩陣,它們是乘積 ab 是一個 m×p 矩陣,其中

(ab)[i, j] = a[i, 1] * b[1, j] + a[i, 2] * b[2, j] + ... + a[i, n] * b[n, j] 對所有 i 及 j。

例如此乘法有如下性質:

(ab)c = a(bc) 對所有 k×m 矩陣 a, m×n 矩陣 b 及 n×p 矩陣 c ("結合律").

(a + b)c = ac + bc 對所有 m×n 矩陣 a 及 b 和 n×k 矩陣 c ("分配律")。

c(a + b) = ca + cb 對所有 m×n 矩陣 a 及 b 和 k×m 矩陣 c ("分配律")。

要注意的是:可置換性不一定成立,即有矩陣 a 及 b 使得 ab ≠ ba。

對其他特殊乘法,見矩陣乘法。

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線性變換,秩,轉置

矩陣是線性變換的便利表達法,皆因矩陣乘法與及線性變換的合成有以下的連繫:

以 rn 表示 n×1 矩陣(即長度為n的向量)。對每個線性變換 f : rn -> rm 都存在唯一 m×n 矩陣 a 使得 f(x) = ax 對所有 x ∈ rn。

這矩陣 a "代表了" 線性變換 f。 今另有 k×m 矩陣 b 代表線性變換 g : rm -> rk,則矩陣積 ba 代表了線性變換 g o f。

矩陣 a 代表的線性代數的映像的維數稱為 a 的矩陣秩。矩陣秩亦是 a 的行(或列)生成空間的維數。

m×n矩陣 a 的轉置是由行列交換角式生成的 n×m 矩陣 atr (亦紀作 at 或 ta),即 atr[i, j] = a[j, i] 對所有 i and j。若 a 代表某一線性變換則 atr 表示其對偶運算元。轉置有以下特性:

(a + b)tr = atr + btr,(ab)tr = btratr。

2樓:

簡單的說就是有一些(x個)數,我們把它分成m行,n列的形式,m*n=x,組成一個數表,我們把它叫做矩陣。

3樓:匿名使用者

要是還不懂,請學習任何一本大學的線性代數或高等代數書(推薦清華大學餘正光的《線性代數與解析幾何》)

4樓:

說的很詳細了,我就沒有什麼可以補充的了

5樓:高樓居士

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