接触过线性代数的同学,都应该知道,矩阵乘法是其中绕不开的知识点。
不过它的运算规则不如加减法那么直接。
甚至还有不同形式
形式一
形式二
为什么会这样,当初是如何确定的乘法规则,这个视频我们就来聊聊这个事情
阿瑟·凯莱被公认为矩阵论的奠基人
在他1858年的《矩阵理论纪要》的论文中提出,对于线性方程组
可以把未知数的系数提出来,用一种称为矩阵的紧凑阵列来表示,该阵列称为系数矩阵:
如果把等号右边的数字一起提出来,那么称为增广矩阵
为了把等式两边的数字做出区分,有的书本也会把右边的数字用竖线隔开
可以看到如果用矩阵,那么线性方程组的表达简便了非常多。
如果仅仅是一个标记法,那么矩阵可能仅仅是凯莱个人的工具。而它能称为大家使用的工具,是因为给予矩阵乘法运算后,表达求解方程组的过程也会变得简单。
我们知道,解方程组
就是最终要把方程组化成
的形式。下面来看看求解过程
为了方便后面说明,标注一下方程组:
将
这样得到一个新的方程组
再将
这样就求解出了
下面,将
即得到
上面,我们求解出了线性方程组。
但要完整表达过程其实蛮繁琐的。下面,用矩阵试试。
首先函数将线性方程组用矩阵来表示
现在第一个方程在矩阵的第一行,用
那么刚才的第一步可以表示为
因为在这一步里,第一行保持不变,所以也可以写作:
下面将变换过程中的系数也写作矩阵
把这个矩阵放到左边
这样就表示出了求解方程组的第一个步骤
在
中,
而
这样合起来就是
这就是
最后,我们用上一节的方法,完整表示解方程组的过程
的解题过程就可以完全用
根据矩阵乘法的规则,还能把前面这一串结合起来:
最终只需要一个矩阵,就可以解出线性方程组:
左边的矩阵:
它乘以
第二行的计算结果是:
结合起来确实是正确的结果:
可以看到,矩阵和矩阵乘法的出现,使得解方程组的表达变得简单了。这就是矩阵以及矩阵乘法最初的意义。