數學,最開始學習的是數的四則運算,即數的加減乘除。
為了方便表示物理裡的一些量,比如力的方向和大小,人們發明了向量。當然,向量還有很多其他的應用。
而為了方便解線性方程組,又發明了矩陣,用矩陣來表示方程組的系數等。
這些是很有趣的發明,不僅是因為用向量、矩陣表示起來很簡練,而且矩陣和向量也可以像數一樣做各種運算,能解決很多問題。
我們說一說矩陣的乘法。
矩陣乘矩陣的規則是什麼?怎麼去理解呢?
先不說具體的規則,來看一個例子:
矩陣乘法AB
上面左邊的矩陣A(兩行兩列)乘上右邊的矩陣B(兩行兩列),得到一個同樣大小的矩陣。
矩陣乘法BA
按照同樣的乘法規則,如果是右邊的矩陣B乘上左邊的矩陣A,則得到的是另外一個矩陣。
可見,矩陣乘法一般不可以交換次序。
補充一下,按照矩陣乘法規則,矩陣乘矩陣,隻需要左邊矩陣的列數與右邊矩陣的行數相等即可。
例如,下面的矩陣乘法都是行得通的。
這些矩陣可以相乘
一般地,矩陣A乘矩陣B,我們有
矩陣乘法的定義
那麼,問題來了,矩陣的乘法這樣定義有什麼來源麼?
這個來源,就是線性方程組的求解。比如,下面這個三元一次方程組,就可以寫成右邊這樣的矩陣乘法的形式:
線性方程組的矩陣表示
我們隻要找到系數矩陣的乘法逆矩陣,再乘上右端向量就得到未知數的解了。
如果跟我們之前關于數的方程做個比較,就是下面這樣:
方程求解 V.S. 方程組求解
所以其實學完線性代數,去解線性方程組,不管這個方程組有多大,其實理解起來和ax=b這樣的方程沒有什麼本質的區别。(方程組系數矩陣也可以不是方陣,用高斯消去法求解,相當于解方程組時的消元法。)
當然,問題變得複雜了,也會出現更多的解的情況。比如,線性方程組存在唯一解,無解,有無窮多組解三種情況,而ax=b隻有唯一解和無解兩種情況。
矩陣不僅在解線性方程組時發揮了很大的作用,而且有很多其他巧妙的應用,有興趣的同學,也來學一下線性代數這門課吧!
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