数学,最开始学习的是数的四则运算,即数的加减乘除。

为了方便表示物理里的一些量,比如力的方向和大小,人们发明了向量。当然,向量还有很多其他的应用。

而为了方便解线性方程组,又发明了矩阵,用矩阵来表示方程组的系数等。

这些是很有趣的发明,不仅是因为用向量、矩阵表示起来很简练,而且矩阵和向量也可以像数一样做各种运算,能解决很多问题。

我们说一说矩阵的乘法。

矩阵乘矩阵的规则是什么?怎么去理解呢?

先不说具体的规则,来看一个例子:

矩阵的乘法有几种形式(说一说矩阵的乘法)(1)

矩阵乘法AB

上面左边的矩阵A(两行两列)乘上右边的矩阵B(两行两列),得到一个同样大小的矩阵。

矩阵的乘法有几种形式(说一说矩阵的乘法)(2)

矩阵乘法BA

按照同样的乘法规则,如果是右边的矩阵B乘上左边的矩阵A,则得到的是另外一个矩阵。

可见,矩阵乘法一般不可以交换次序。

补充一下,按照矩阵乘法规则,矩阵乘矩阵,只需要左边矩阵的列数与右边矩阵的行数相等即可。

例如,下面的矩阵乘法都是行得通的。

矩阵的乘法有几种形式(说一说矩阵的乘法)(3)

这些矩阵可以相乘

一般地,矩阵A乘矩阵B,我们有

矩阵的乘法有几种形式(说一说矩阵的乘法)(4)

矩阵乘法的定义

那么,问题来了,矩阵的乘法这样定义有什么来源么?

这个来源,就是线性方程组的求解。比如,下面这个三元一次方程组,就可以写成右边这样的矩阵乘法的形式:

矩阵的乘法有几种形式(说一说矩阵的乘法)(5)

线性方程组的矩阵表示

我们只要找到系数矩阵的乘法逆矩阵,再乘上右端向量就得到未知数的解了。

如果跟我们之前关于数的方程做个比较,就是下面这样:

矩阵的乘法有几种形式(说一说矩阵的乘法)(6)

方程求解 V.S. 方程组求解

所以其实学完线性代数,去解线性方程组,不管这个方程组有多大,其实理解起来和ax=b这样的方程没有什么本质的区别。(方程组系数矩阵也可以不是方阵,用高斯消去法求解,相当于解方程组时的消元法。)

当然,问题变得复杂了,也会出现更多的解的情况。比如,线性方程组存在唯一解,无解,有无穷多组解三种情况,而ax=b只有唯一解和无解两种情况。

矩阵不仅在解线性方程组时发挥了很大的作用,而且有很多其他巧妙的应用,有兴趣的同学,也来学一下线性代数这门课吧!

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