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矩陣乘法的運算規則

生活 更新时间:2024-11-25 20:27:08

2X2矩陣是線性變換中的基本矩陣,關于它的運算大家早已熟悉,但你知道它背後的原理嗎?

先來了解幾個運算概念

保持i不變,j在平面上旋轉,向一邊擠壓,這樣的變換矩陣我們稱為剪切矩陣。

矩陣乘法的運算規則(形象直觀的2X2矩陣)1

由此可得出xy在剪切變換後的位置。

矩陣乘法的運算規則(形象直觀的2X2矩陣)2

我們來看一個圖形的兩次變換:

i j逆時針旋轉90度

矩陣乘法的運算規則(形象直觀的2X2矩陣)3

在經過剪切變換,就得到如圖的樣式

矩陣乘法的運算規則(形象直觀的2X2矩陣)4

所以這個變換就是旋轉和剪切的複合變換,假設i j變換後的向量是i=<-1,0> j=<1,1>

就得到如下等式

矩陣乘法的運算規則(形象直觀的2X2矩陣)5

整理就得到一個2X2矩陣,

矩陣乘法的運算規則(形象直觀的2X2矩陣)6

這樣的推導是否正确的,來看一個旋轉和剪切的過程的例子。可以說明這一點

​我們分部來看2X2矩陣相乘的意義,M2是個剪切矩陣,M1第一列在圖中的位置

矩陣乘法的運算規則(形象直觀的2X2矩陣)7

M2乘以<1,1>就得到如圖的位置

矩陣乘法的運算規則(形象直觀的2X2矩陣)8

M2乘以<-2,0>就得到如圖的位置

矩陣乘法的運算規則(形象直觀的2X2矩陣)9

最後就得到如下結果

矩陣乘法的運算規則(形象直觀的2X2矩陣)10

上述的原理具有普遍性:

矩陣乘法的運算規則(形象直觀的2X2矩陣)11

矩陣乘法的運算規則(形象直觀的2X2矩陣)12

最終得到通用的2X2矩陣乘法公式:

矩陣乘法的運算規則(形象直觀的2X2矩陣)13

矩陣相乘是否滿足交互率呢?

矩陣乘法的運算規則(形象直觀的2X2矩陣)14

請點擊輸入圖片描述

同樣單位矩陣,先剪切變換,後旋轉變換的圖形:

i <1,0>,剪切後<1,0>,旋轉90度後<0,1>

j<0,1>,剪切 後<1,1>,旋轉90度後<-1,1>

矩陣乘法的運算規則(形象直觀的2X2矩陣)15

同樣單位矩陣,先旋轉變換,後剪切變換的圖形:

i<1,0>,旋轉90度後<0,1>,剪切後<1,1>

j<0,1>,旋轉90度後<-1,0>,剪切後<-1,0>

矩陣乘法的運算規則(形象直觀的2X2矩陣)16

所以明顯兩個圖形不一樣,所以矩陣不滿足乘法交換律

矩陣乘法的運算規則(形象直觀的2X2矩陣)17

是否滿足結合律呢?有興趣的朋友可以自己驗證下

矩陣乘法的運算規則(形象直觀的2X2矩陣)18

以上就是矩陣複合運算,也就是2X2矩陣的乘法運算。

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