4. 矩阵的基本运算

线性代数



周维祺

矩阵的加法

  • 给定的矩阵

  • 也是的矩阵,且

  • 形状相同的矩阵才能相加

矩阵的加法满足交换律和结合律

矩阵加法可以和矩阵向量乘法交换顺序

矩阵的数乘

  • 给定的矩阵和数

  • 也是的矩阵,且

  • 数乘矩阵=把矩阵中的每个元素都乘以该数

  • 典型的错误:提取某一行/列的公因子

数乘矩阵与矩阵加法满足分配律

数乘矩阵可以和矩阵向量乘法交换顺序

这条规则阐释了数乘被定义为将矩阵中的每个元素都乘以的原因

矩阵的乘法

  • 给定的矩阵的矩阵

  • 设有的列向量,那么的列向量,的列向量

  • 的乘积就是能表示线性映射的矩阵

矩阵的乘法=映射的复合

的第列即乘以的第个列向量

例子




练习:计算下列矩阵的乘积



练习



  • 分别计算,以及

  • 分别计算

矩阵乘法满足对加法的分配律

矩阵乘法满足结合律

矩阵乘法一般不满足交换律

矩阵的幂

  • 给定的矩阵和自然数,记, 并约定。其中是主对角线为其余元素都为的矩阵(单位阵)。

  • 行数和列数相同的矩阵才有幂运算

  • 一般地,若有幂级数展开(泰勒展开),,且这一级数对所有都收敛,则也可以记,例:

练习



  • 分别计算,

  • 分别计算

矩阵转置可与矩阵加法和数乘交换顺序

矩阵转置与矩阵乘法交换顺序时的法则

小结

  • 矩阵的加法和数乘

  • 矩阵的乘法

  • 运算法则