Transpozícia matice je veľmi bežná metóda používaná na transformáciu matíc v lineárnej algebre. Transpozícia matice sa získa výmenou riadkov a stĺpcov danej matice alebo naopak. Transpozícia matice sa môže použiť na získanie adjungovaných a inverzných matíc.
Predtým, ako sa dozvieme podrobnosti o transpozícii matice, najprv sa naučte o tom, čo je matica?. Matica nie je nič iné ako reprezentácia množiny údajov vo formáte obdĺžnikového poľa. V matici sú údaje usporiadané do konkrétnych riadkov a stĺpcov. V matematike existujú rôzne typy matíc a sú prezentované v poradí riadky × stĺpce. Vezmime si príklad matice rádu 3 × 2 (povedzme A).
A =
V tomto článku sa dozvieme o transpozícia matice, jej typy, vlastnosti, symboly a poradie, ako nájsť transpozíciu matice a jej príklady.
Obsah
- Čo je to Matrix?
- Typy matíc
- Čo je to transpozícia matice?
- Symbol transponovanej matice | Transponovaný zápis
- Order of Transpose Matrix
- Ako nájsť transpozíciu matice?
- Transpozícia riadkovej a stĺpcovej matice
- Transpozícia horizontálnych a vertikálnych matíc
- Transpozícia symetrickej matice
- Transpozícia diagonálnej matice
- Transponovanie transponovanej matice
- Transpozícia štvorcovej matice
- Transpozícia matice 3 × 3
- Determinant transpozície matice
- Transpozícia vlastností matice
Čo je to Matrix?
Obdĺžnikové pole čísel, symbolov alebo znakov priradených ku konkrétnemu riadku a stĺpcu sa nazýva matica. Čísla, symboly alebo znaky prítomné v matici sa nazývajú prvky matice. Počet riadkov a stĺpcov prítomných v matici určuje poradie matice. Napríklad, ak matica „A“ obsahuje riadky „i“ a stĺpce „j“, potom maticu predstavuje [A]i⨯j. Tu i⨯j určuje poradie matice. Pozrime sa na príklad matice.
Vo vyššie uvedenom príklade sú tri riadky a dva stĺpce, takže poradie matice je 3⨯2.
Typy matíc
Existujú rôzne typy matíc na základe počtu riadkov a stĺpcov, ktoré majú, a tiež vzhľadom na ich špecifické vlastnosti. Pozrime sa na niekoľko z nich
- Riadková matica: Matica, v ktorej je len jeden riadok a žiadny stĺpec, sa nazýva riadková matica.
- Matica stĺpcov: Matica, v ktorej je len jeden stĺpec a teraz riadok, sa nazýva stĺpcová matica.
- Horizontálna matica: Matica, v ktorej je počet riadkov menší ako počet stĺpcov, sa nazýva horizontálna matica.
- Vertikálna matica: Matica, v ktorej je počet stĺpcov menší ako počet riadkov, sa nazýva vertikálna matica.
- Obdĺžniková matica: Matica, v ktorej je počet riadkov a stĺpcov nerovnaký, sa nazýva obdĺžniková matica.
- Štvorcová matica: Matica, v ktorej je počet riadkov a stĺpcov rovnaký, sa nazýva štvorcová matica.
- Diagonálna matica: Štvorcová matica, v ktorej sú nediagonálne prvky nulové, sa nazýva diagonálna matica.
- Nulová matica: Matica, ktorej všetky prvky sú nulové, sa nazýva nulová matica.
- Jednotková matica: Diagonálna matica, ktorej všetky diagonálne prvky sú 1, sa nazýva jednotková matica.
- Symetrická matica: Štvorcová matica sa považuje za symetrickú, ak sa transpozícia pôvodnej matice rovná jej pôvodnej matici. t.j. (AT) = A.
- Šikmé symetrické: Šikmá symetrická (alebo antisymetrická alebo antimetrická[1]) matica je štvorcová matica, ktorej transpozícia sa rovná jej záporu, t.j. (AT) = -A.
Prečítajte si tiež , Typy matíc
Čo je to transpozícia matice?
Transpozícia matice je matica, ktorá sa získa zámenou riadkov a stĺpcov danej matice alebo naopak, t.j. pre danú maticu sa prvky v riadkoch zamieňajú za prvky v stĺpcoch. Pre každú danú maticu A je jej transpozícia označená ako At, alebo AT.
Transpozícia definície matice
Transpozícia matice je matematická operácia, ktorá zahŕňa preklápanie riadkov a stĺpcov pôvodnej matice.
Reprezentácia Transpose of Matrix
A = [a (ij) ] m × n
A t = [a (z) ] n × mtu i, j predstavujú polohu prvku matice po riadkoch a stĺpcoch tak, že 1 ≤ i ≤ ma 1 ≤ j ≤ n.
Príklad: Pre ľubovoľnú maticu A poriadku 2 × 3 jeho transpozícia je?
Riešenie:
Transpozícia A
At=
egin{bmatrix} 2 & 4 5 & 7 3 & 0 end{bmatrix} Rád Atje 3×2
Symbol transponovanej matice | Transponovaný zápis
Transpozícia matice je operácia, ktorá prevráti maticu cez jej hlavnú uhlopriečku a vymení jej riadky za stĺpce. Transpozícia matice A sa označí označením A' alebo ATalebo At.
Order of Transpose Matrix
Poradie matice vyjadruje celkový počet prvkov, ktoré matica obsahuje. Predstavuje tiež počet riadkov a stĺpcov v matici. Horizontálne hodnoty predstavujú riadky matice a vertikálne hodnoty predstavujú stĺpce matice. Pre akúkoľvek maticu Am×n, poradie je m×n, t.j. má m riadkov a n stĺpcov. Preto je transpozícia matice A Ata jeho poradie je n×m, t.j. má n riadkov a m stĺpcov.
Ako nájsť transpozíciu matice?
Transponovanie akejkoľvek matice možno ľahko nájsť zmenou hodnôt v riadkoch s hodnotami v stĺpcoch. Zoberme si príklad, aby sme to pochopili podrobnejšie.
Pre akúkoľvek maticu A23, poradie je 2×3, čo znamená, že má 2 riadky a 3 stĺpce.
A =
Transpozícia matice A je Atrádu 3×2 s 3 riadkami a 2 stĺpcami. V transpozičnej matici sa prvky prvého riadku danej matice menia s prvým stĺpcom transponovanej matice. Podobne sa prvky druhého riadku danej matice A vymenia za druhý stĺpec novej matice Ata tak ďalej, kým sa nevymení celá matica.
ahoj svet s javou
At=
Transpozícia riadkovej a stĺpcovej matice
Matica, ktorá má jeden riadok, je známa ako riadková matica, zatiaľ čo matica, ktorá má jeden stĺpec, je známa ako stĺpcová matica. Transpozícia riadkovej matice je stĺpcová matica a naopak. Napríklad, ak P je stĺpcová matica rádu 4 × 1, potom jej transpozícia je riadková matica rádu 1 × 4. Ak Q je riadková matica rádu 1 × 3, potom jej transpozícia je stĺpcová matica rádu 3 × 1.
P = left[egin{array}{cccc} a & b & c & dend{array} ight]⇒ P^{t} = left[egin{array}{c} a b c d end{array} ight]
Q = left[egin{array}{c} p q r end{array} ight]⇒ Q^{t} = left[egin{array}{ccc} p & q & rend{array} ight]
Transpozícia horizontálnych a vertikálnych matíc
Ak je počet riadkov v matici menší ako počet stĺpcov, potom je matica známa ako horizontálna matica a ak je počet stĺpcov v matici menší ako počet riadkov, potom je matica známa ako vertikálna matica. Transpozícia horizontálnej matice je vertikálna matica a naopak. Napríklad, ak M je horizontálna matica rádu 2 × 3, potom jej transpozícia je vertikálna matica rádu 3 × 2.
M = left[egin{array}{ccc} 2 & 0 & -1 0 & 3 & 4 end{array} ight]_{2 imes3}⇒ M^{t} = left[egin{array}{cc} 2 & 0 0 & 3 -1 & 4 end{array} ight]_{3 imes2}
N = left[egin{array}{ccc} 2 & 3 & 4 4 & 6 & 8 6 & 9 & 12 8 & 12 & 16 end{array} ight]_{4 imes3}⇒ N^{t} = left[egin{array}{cccc} 2 & 4 & 6 & 8 3 & 6 & 9 & 12 4 & 8 & 12 & 16 end{array} ight]_{3 imes4}
Transpozícia symetrickej matice
Symetrická matica je ako špeciálny druh vzoru, v ktorom sú čísla usporiadané tak, že sa navzájom zrkadlia cez diagonálnu čiaru zľava zhora doprava. Transpozícia matice znamená prevrátenie matice cez túto diagonálnu čiaru.
Napríklad,
egin{bmatrix} 1 & 2 & 3 2 & 4 & 5 3 & 5 & 6 end{bmatrix}
Čísla na oboch stranách diagonálnej čiary sú rovnaké: 2 je oproti 2, 3 je oproti 3 atď. Teraz, ak vezmeme transpozíciu tejto matice, jednoducho ju preklopíme cez diagonálnu čiaru. Takže čísla, ktoré boli pôvodne v riadkoch, sa stanú stĺpcami a naopak.
egin{bmatrix} 1 & 2 & 3 2 & 4 & 5 3 & 5 & 6 end{bmatrix}^T = egin{bmatrix} 1 & 2 & 3 2 & 4 & 5 3 & 5 & 6 end{bmatrix}
Tu je pôvodná matica a jej transpozícia úplne rovnaká. Je to preto, že keď transponujete symetrickú maticu, dostanete rovnakú maticu späť! Toto je špeciálna vlastnosť symetrických matíc.
Transpozícia diagonálnej matice
Diagonálna matica je ako vzor, v ktorom sa čísla zobrazujú iba pozdĺž diagonálnej čiary zľava hore vpravo dole, zatiaľ čo všetky ostatné položky sú nuly. Transpozícia matice znamená prevrátenie matice cez túto diagonálnu čiaru.
Napríklad,
egin{bmatrix} 2 & 0 & 0 0 & 3 & 0 0 & 0 & 5 end{bmatrix}
Tu sa čísla 2, 3 a 5 zobrazujú pozdĺž uhlopriečky, zatiaľ čo všetky ostatné položky sú nuly. Keďže diagonálna matica je už symetrická voči svojej diagonále, transpozícia diagonálnej matice je jednoducho sama sebou:
egin{bmatrix} 2 & 0 & 0 0 & 3 & 0 0 & 0 & 5 end{bmatrix}^T = egin{bmatrix} 2 & 0 & 0 0 & 3 & 0 0 & 0 & 5 end{bmatrix}
Transpozícia transponovanej matice
Keď transponujete maticu, v podstate ju prevrátite cez jej diagonálnu čiaru. Takže transpozícia matice, ktorá už bola transponovaná, znamená jej prevrátenie späť do pôvodnej orientácie.
Napríklad,
egin{bmatrix} 1 & 2 & 3 4 & 5 & 6 end{bmatrix} = egin{bmatrix} 1 & 4 2 & 5 3 & 6 end{bmatrix}
Teraz, ak vezmeme transpozíciu tejto transponovanej matice:
left( egin{bmatrix} 1 & 4 2 & 5 3 & 6 end{bmatrix} ight)^T = egin{bmatrix} 1 & 2 & 3 4 & 5 & 6 end{bmatrix}
Transpozícia štvorcovej matice
Štvorcové matice sú matice, ktoré majú rovnaký počet riadkov a stĺpcov. pre akúkoľvek štvorcovú maticu An×n, jeho transpozícia má rovnaké poradie, t. j. transpozícia A, Atmá poradie n × n. Riadky a stĺpce sa zamieňajú pri transpozícii štvorcovej matice.
Transpozícia matice 2 × 2
Pre ľubovoľné 2 × 2 matice A,
A =
jeho transpozícia je At,
At=
Príklad: Nájdite transpozíciu matice A =
Riešenie:
Transpozícia matice A =
egin{bmatrix} 1 & 2 3 & 4 end{bmatrix} jeAt=
egin{bmatrix} 1 & 3 2 & 4 end{bmatrix}
Transpozícia matice 3 × 3
Pre ľubovoľné 3 × 3 matice A,
A =
jeho transpozícia je At,
At=
Príklad: Nájdite transpozíciu matice A =
Riešenie:
abs c kód
Transpozícia matice A =
egin{bmatrix} 1 & 2 & 3 4 & 5 & 6 7 & 8 & 9 end{bmatrix} jeAt=
egin{bmatrix} 1 & 4 & 7 2 & 5 & 8 3 & 6 & 9 end{bmatrix}
Determinant transpozície matice
Determinant transpozície matice A sa rovná samotnému determinantu A, t.j. pre akúkoľvek štvorcovú maticu A
|A| = |A T |
Transpozícia vlastností matice
Dozvieme sa o dôležitých vlastnostiach transpozície matice:
- Štvorcová matica A rádu n × n sa považuje za ortogonálnu maticu, ak je AAT= ATA = I, kde I je matica identity rádu n × n.
- Štvorcová matica A rádu n × n sa považuje za symetrickú, ak je jej transpozícia rovnaká ako pôvodná matica, t. j. AT= A.
- Štvorcová matica A rádu n × n sa považuje za šikmo symetrickú maticu, ak sa jej transpozícia rovná záporu pôvodnej matice, t. j. AT= –A.
- Dvojitá transpozícia matice: Transpozícia transpozičnej matice je samotná pôvodná matica.
(A t ) t = A
- Transpozícia súčinu matíc: Táto vlastnosť to hovorí
(AB) t = B t A t
dôkaz:
Ak sú matice A a B rádu m × n a n × p.
a
Ata Btsú transpozíciou matíc A a B rádov n × ma p × n (z pravidla súčinu matíc).
Znamená to, že ak A = [a(ij)] a At= [c(of)]
Potom [c(ji)] = [a(ij)]
a
Ak B = [b(jk)] a Bt= [d(kj)]
Potom [d(kj)] = [b(jk)]
Teraz z pravidla súčinu matíc môžeme napísať,
AB je matica m × p a (AB)tje matica p × m.
Tiež Btje matica p × n a Atje matica n × m.
To znamená,
(Bt) (At) je matica p × m.
preto
(AB)ta (Bt) (At) sú obe matice p × m.
Teraz môžeme písať,
(k, i)thprvok (AB)t= (i, k)thprvok AB
sum_{j=1}^{n} a_{ij} b_{jk} sum_{j=1}^{n} c_{ji} d_{kj}
sum_{j=1}^{n} d_{kj} c_{ji} (k, i). prvok (B t ) (A t )
preto
prvky z (AB) t a (B t ) (A t ) sú si rovné.
preto
(AB) t = (B t ) (A t )
- Násobenie konštantou: Ak sa matica vynásobí skalárnou hodnotou a vykoná sa jej transpozícia, potom sa výsledná matica bude rovnať transpozícii pôvodnej matice vynásobenej skalárnou hodnotou, t. j. (kA)t= kAt, kde k je skalárna hodnota.
dôkaz:
Uvažujme maticu A = [aij]m × na skalárne k.
Poradie danej matice A je m × n.
Ak sa matica A vynásobí skalárnou hodnotou k, potom sa všetky prvky matice vynásobia touto skalárnou konštantou k, avšak poradie matice kA zostane rovnaké, t.j. m × n.
Teraz poradie transpozície matice kA, t.j. (kA)tbude n × m.
Keďže poradie matice A je m × n, poradie jej transponovanej matice, t.j.tbude n × m.
Ak matica Atsa vynásobí skalárnou hodnotou k, potom rádom matice kAtbude tiež n × m.
Takže poradie matíc (kA)ta kAtje rovnaký, t.j. n × m.
Teraz dokážme, že zodpovedajúce prvky (kA)ta kAtsú si rovní.
(i, j)-tý prvok z (kA)tsa bude rovnať (j, i)-tému prvku kA.
(i, j)thprvok (kA)t= (j, i)thprvok kA
⇒ (i, j)thprvok (kA)t= (i, j)thprvok kAt
Takže hovoríme, že zodpovedajúce prvky (kA)ta kAtsú si rovní.
Ako poradie a zodpovedajúce prvky (kA)ta kAtsú si rovní,
Preto môžeme konštatovať, že (kA) t = kA t .
nataša dala
- Transpozícia sčítania matíc: Táto vlastnosť to hovorí.
(A + B) t = A t + B t
dôkaz:
Tu sú A a B dve matice poriadku m × n
nech, A = [a(ij)] a B = [b(ij)] poriadku m × n .
takže, (A + B) je tiež v poriadku m × n matice
tiež A t a B t sú v poriadku n × m matice.
Takže Transpozícia matice (A + B) alebo (A + B) t je n × m matice.
Teraz môžeme povedať, A t + B t je tiež n × m matice.
Teraz, z pravidla transpozície,
(j, i). prvok (A + B) t = (i, j). prvok (A + B)
= (i, j). prvok A + (i, j). prvok B
= (j, i). prvok A t + (j, i). prvok B t
= (j, i). prvok (A t + B t )preto
(A + B) t = A t + B t
- Ak je A štvorcová matica ľubovoľného rádu a je invertibilná, potom inverzná hodnota jej transpozície sa rovná transpozícii inverznej matice pôvodnej matice, t.j. (At)-1= (A-1)t.
dôkaz:
Aby som to dokázal (At)-1= (A-1)t, uvažujme nesingulárnu štvorcovú maticu A.
RHS = (A-1)t
Teraz vynásobte (A-1)tod At
= (A-1)t× At
Vieme, že (AB)t= BtAt
Takže (A-1)tAt= (AA-1)t
Vieme, že AA-1= Ja, kde I je matica identity.
Takže, (A-1)tAt= jat
⇒ (A-1)tAt= Ja (Keďže, It= ja)
⇒ (A-1)t= (At)-1= LHS
Preto dokázané.
preto (A t ) -1 = (A -1 ) t
Ľudia tiež čítajú:
- Pripojenie matice
- Determinant matice
- Inverzná matica
Vyriešené príklady na transpozíciu matice
Príklad 1: Nájdite transpozíciu matice A =
Riešenie:
Transpozícia matice A je At
At=
egin{bmatrix} a & p b & q c & r end{bmatrix}
Príklad 2: Pre matice,
Dokážte, že pre tieto matice platí vlastnosť (AB) t = (B t ) (A t )
Riešenie:
Tu sú A a B 23 a 3×2 matrice resp. Takže podľa pravidla súčinu matice môžeme nájsť ich súčin a výsledné matice by boli z 2×2 matice.
L.H.S
teraz
AB= egin{bmatrix} -2 & 1 & 3 0 & 4 & -1 end{bmatrix} imes egin{bmatrix} 2 & 1 -3 & 0 4 & -5 end{bmatrix}
AB =egin{bmatrix} (-2)×2+1×(-3)+3×4 & (-2)×1+1×0+3×(-5) 0×2+4×(-3)+(-1)×4 & 0×1+4×0+(-1)×(-5) end{bmatrix}
AB= egin{bmatrix} 5 & -17 -16 & 5 end{bmatrix} Takže transpozícia matice AB je,
b+ stromy
(AB)^{t} = egin{bmatrix} 5 & -16 -17 & 5 end{bmatrix} egin{bmatrix} 5 & -16 -17 & 5 end{bmatrix} R.H.S
A^{t} = egin{bmatrix} -2 & 0 1 & 4 3 & -1 end{bmatrix} a
B^{t} = egin{bmatrix} 2 & -3 & 4 1 & 0 & -5 end{bmatrix} takže,
B^{t}A^{t} = egin{bmatrix} 2 & -3 & 4 1 & 0 & -5 end{bmatrix} imes egin{bmatrix} -2 & 0 1 & 4 3 & -1 end{bmatrix} B^{t}A^{t} = egin{bmatrix} 2×(-2)+(-3)×1+4×3 & 2×0+(-3)×4+4×(-1) 1×(-2)+0×1+(-5)×3 & 1×0+0×4+(-5)×(-1) end{bmatrix} B^{t}A^{t} = egin{bmatrix} 5 & -16 -17 & 5 end{bmatrix} preto
(AB) t = B t A t
Príklad 3: Overte, či (Q T ) T = Q alebo nie.
Riešenie:
Q = left[egin{array}{cc} 1 & 5 2 & 6 3 & 8 end{array} ight]
Q^{T} = left[egin{array}{cc} 1 & 5 2 & 6 3 & 8 end{array} ight]^{T} = left[egin{array}{ccc} 1 & 2 & 3 5 & 6 & 8 end{array} ight]
(Q^{T})^{T} = left[egin{array}{ccc} 1 & 2 & 3 5 & 6 & 8 end{array} ight]^{T}
(Q^{T})^{T} = left[egin{array}{cc} 1 & 5 2 & 6 3 & 8 end{array} ight] = Q Preto overené.
Príklad 4: Overte, či je matica uvedená nižšie symetrická alebo nie.
kľúč na vloženie notebooku
Riešenie:
Vieme, že štvorcová matica P rádu n × n sa považuje za symetrickú, ak je jej transpozícia rovnaká ako pôvodná matica, t. j. PT= P.
P^{T} = left[egin{array}{cc} 6 & -5 -5 & 6 end{array} ight]^{T} Teraz, PTsa získa výmenou jeho riadkov do stĺpcov.
P^{T} = left[egin{array}{cc} 6 & -5 -5 & 6 end{array} ight] = P Ako PT= P, daná štvorcová matica je symetrická.
Príklad 5: Pre matice
Dokážte, že tieto matice majú túto vlastnosť (A + B) t = A t + B t
Riešenie:
L.H.S
(A+B)= egin{bmatrix} -1 & 5 3 & 2 end{bmatrix} + egin{bmatrix} 3 & -2 5 & 4 end{bmatrix} = egin{bmatrix} (-1)+3 & 5+(-2) 3+5 & 2+4 end{bmatrix} = egin{bmatrix} 2 & 3 8 & 6 end{bmatrix} takže,
(A+B)^{t} = egin{bmatrix} 2 & 8 3 & 6 end{bmatrix} R.H.S
A^{t} = egin{bmatrix} -1 & 3 5 & 2 end{bmatrix} egin{bmatrix} -1 & 3 5 & 2 end{bmatrix} a
B^{t} = egin{bmatrix} 3 & 5 -2 & 4 end{bmatrix} teraz
A^{t} + B^{t} = egin{bmatrix} -1 & 3 5 & 2 end{bmatrix} + egin{bmatrix} 3 & 5 -2 & 4 end{bmatrix} = egin{bmatrix} (-1)+3 & 3+5 5+(-2) & 2+4 end{bmatrix} A^{t} + B^{t} = egin{bmatrix} 2 & 8 3 & 6 end{bmatrix} preto
(A + B) t = A t + B t
Časté otázky o transpozícii matice
Čo je to transpozícia matice?
Transpozícia matice je matica, ktorá sa získa výmenou riadkov a stĺpcov matice. Transpozícia matice A je označená ako At. Pre danú maticu rádu m×n je transpozícia matice rádu n×m.
Aké je poradie transponovania štvorcovej matice?
Pre štvorcovú maticu sa poradie matice pri transpoe nemení, preto pre maticu rádu n×n je poradie jej transpozície tiež n×n.
Aká je vlastnosť sčítania transponovanej matice?
Adičná vlastnosť transpozície matice hovorí, že súčet dvoch transponovaných matíc sa vždy rovná súčtu transpozície jednotlivých matíc, t.j.
(A+B)′ = A′+B′
Aká je vlastnosť násobenia transponovanej matice?
Násobiaca vlastnosť transpozície matice hovorí, že súčin transpozície dvoch matíc sa vždy rovná súčinu transpozície jednotlivých matíc v opačnom poradí, t.j.
(A×B)′ = B′ × A′
Ako vypočítať transpozíciu matice?
Transponovanie akejkoľvek matice možno ľahko nájsť zmenou hodnôt v riadkoch s hodnotami v stĺpcoch.