■ 행렬의 덧셈 : 두 행렬 A와 B가 같은 크기인 경우 그들의 대응 원소를 더함
A와 B가 m×n 행렬이면, A+B=(aij)+(bij)m×n
A=[−463012], B=[5−10310] 일때
A+B=[−4+56+(−1)3+00+31+12+0]=[153332]
■ 행렬의 스칼라 배(스칼라 곱) : 행렬 A에 실수 배(곱)
k가 실수이면, 행렬 A의 스칼라 배는
A=[a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮am1am2⋯amn], kA=[ka11ka12⋯ka1nka21ka22⋯ka2n⋮⋮kam1kam2⋯kamn]
행렬 A의 각 원소에 k를 곱한 것 = (kaij)m×n
kA=Ak
두 행렬의 차
A−B=A+(−B), 여기서 −B=(−1)B
행렬의 덧셈과 스칼라 곱의 특징
A, B와 C가 m×n 행렬, k1과 k2는 스칼라
(1) A+B=B+A (덧셈의 교환 법칙)
(2) A+(B+C)=(A+B)+C (덧셈의 교환 법칙)
(3) (k1k2)A=k1(k2A)
(4) 1A=A
(5) k1(A+B)=k1A+k2B (분배 법칙)
(6) (k1=k2)A=k1A+k2B (분배 법칙)
■ 행렬의 곱
A가 m×p 행렬, B가 p×n 행렬이면 AB는 m×n 행렬
Am×pBp×n=Cm×n
A=[a11a12⋯a1pa21a22⋯a2p⋮⋮am1am2⋯amp], B=[a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮ap1ap2⋯apn]
C=AB=[a11b11+a12b21+⋯+a1pbp1⋯a11b1n+a12b2n+⋯+a1pbpna21b11+a22b21+⋯+a2pbp1⋯a21b1n+a22b2n+⋯+a2pbpn⋮⋮am1b11+am2b21+⋯+ampbp1⋯am1b1n+am2b2n+⋯+ampbpn]
Cij=[∑pk=1aikbkj]m×n, 행에 열을 곱하는 것
i=1,⋯,m, j=1,⋯,n
A=[35−1402−6−32], B=[2−23150789−411]
A3×3B3×4=C3×4
C3×4=[C11C12C13C14C21C22C23C24C31C32C33C34]=[22−2434226C22C23C24−9C32C33−28]
C11=3⋅2+5⋅5+−1⋅9=22
C12=3⋅2+5⋅0+−1⋅−4=−2
C13=3⋅3+5⋅7+−1⋅1=43
C14=3⋅1+5⋅8+−1⋅1=42
C21=4⋅2+0⋅5+2⋅9=26
C31=−6⋅2+−3⋅5+2⋅9=−9
C34=−6⋅1+−3⋅8+2⋅1=−28
○ 행렬 곱셈의 원리(1)
y1=a11x1+a12x2 (1)
y2=a21x1+a22x2
y=Ax=[y1y2]=[a11a12a21a22][x1x2]=[a11x1+a12x2a21x1+a22x2] (2)
여기서, x가 Bw 연관
x=Bw=[x1x2]=[b11b12b21b22][w1w2]=[b11w1+b12w2b21w1+b22w2]
(2)를 (1)에 대입
y=ABw, AB를 C행렬로 보면, y=Cw ∴C=AB
y=Cw=[c11c12c21c22][w1w2]=[c11w1+c12w2c21w1+c22w2] (3)
[y1y2]=[a11a12a21a22][b11w1+b12w2b21w1+b22w2]
y1=a11(b11w1+b12w2)+a12(b21w1+b22w2)=(a11b11+a12b21w1+(a11b12+a12b22)w2
y2=a21(b11w1+b12w2)+a22(b21w1+b22w2)=(a21b11+a12b21w1+(a21b12+a22b22)w2
식(3)과 비교하면
c11=a11b11+a12b21, c12=a11b12+a12b22
c21=a21b11+a22b21, c22=a21b12+a22bbb
○ 행렬 곱셈의 원리(2)
연립방정식
ax+by=x′cx+dy=y′ [abcd][xy]=[x′y′] (1)
x+2y=x′3x+4y=y′ → [1234][xy]=[x′y′] (2)
5x′+6y′=x″ → \begin{bmatrix} 5 & 6 \\ 7 & 8 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x' \\ y' \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} x'' \\ y'' \end{bmatrix} (3)
\begin{matrix} 5x' + 6y' = x'' \\ 7x' + 8y' = y'' \end{matrix} ← \begin{matrix} x + 2y = x' \\ 3x + 4y = y' \end{matrix}
5(x + 2y) + 6(3x + 4y) = (5 \times 1 + 6 \times 3) x + (5 \times 2 + 6 \times 4)y = x''
7(x + 2y) + 8(3x + 4y) = (7 \times 1 + 8 \times 3) x + (7 \times 2 + 68 \times 4)y = y''
\begin{bmatrix} 5 \times 1 + 6 \times 3 & 5 \times 2 + 6 \times 4 \\ 7 \times 1 + 8 \times 3 & 7 \times 2 + 8 \times 4 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x \\ y \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} x'' \\ y'' \end{bmatrix}
(3)에 (2)를 대입
\begin{bmatrix} 5 & 6 \\ 7 & 8 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x \\ y \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} x'' \\ y'' \end{bmatrix}
행렬의 곱은 덧셈과 달리 교환적이지 않다. 교환 법칙이 성립하지 않는다.
AB \neq BA
A = \begin{bmatrix} 4 & 7 \\ 3 & 5 \end{bmatrix}, B = \begin{bmatrix} 5 & 6 \\ 7 & 8 \end{bmatrix}
AB = \begin{bmatrix} 4 \times 9 + 7 \times 6 & 4 \times (-2) + 7 \times \\ 3 \times 9 + 5 \times 6 & 3 \times (-2) + 5 \times 8 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 78 & 48 \\ 57 & 34 \end{bmatrix}
BA = \begin{bmatrix} 9 & -2 \\ 6 & 8 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 4 & 7 \\ 3 & 5 \end{bmatrix}= \begin{bmatrix} 9 \times 4 + (-2) \times 3 & 9 \times 7 + (-2) \times 5 \\ 6 \times 4 + 8 \times 3 & 6 \times 7 + 8 \times 5 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 30 & 53 \\ 48 & 82 \end{bmatrix}
행렬 곱셈의 특징
AB \neq BA, 교환법칙 적용 안됨
A_{n \times p}, B_{p \times r}, C_{r \times n} 행렬이면 A(BC) = (AB)C, 결합법칙
B_{r \times n}, C_{r \times n}, A_{m \times r} 행렬이면 A(B+C) = AB+AC, 분배법칙
(B+C)A = BA+CA
■ 전치 행렬
A = \begin{bmatrix} a_{11} & a_{12} & \cdots & a_{1n} \\ a_{21} & a_{22} & \cdots & a_{2n} \\ \vdots & & & \vdots \\ a_{m1} & a_{m2} & \cdots & a_{mn} \end{bmatrix}, A^{T} = \begin{bmatrix} a_{11} & a_{21} & \cdots & a_{m1} \\ a_{12} & a_{22} & \cdots & a_{m2} \\ \vdots & & & \vdots \\ a_{1n} & a_{2n} & \cdots & a_{mn} \end{bmatrix}
예를 들어
A = \begin{bmatrix} 3 & 2 & -1 \\ 6 & 5 & 2 \\ 2 & 1 & 4 \end{bmatrix} 이면, A^{T} = \begin{bmatrix} 3 & 6 & 2 \\ 2 & 5 & 2 \\ -1 & 2 & 4 \end{bmatrix}
B = \begin{bmatrix}5 & 3 \end{bmatrix}, B^{T} = \begin{bmatrix}5 \\ 3 \end{bmatrix}
전치 행렬의 성질
A, B 행렬, k 스칼라
(1) (A{T}){T} = A 전치의 전치
(2) (A+B)^{T} = A^{T} + B^{T} 합의 전치
(3) (AB)^{T} = B^{T} A{T} 곱의 전치
(4) (kA){T} = kA^{T} 스칼라 배의 전치
(A+B+C)^{T} = A^{T} + B^{T} + C^{T}
(ABC)^{T} = C^{T} B^{T} A^{T}
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