線性代數(shù),矩陣交換律

#定律:

* 對(duì)于矩陣表示,__(括號(hào))__ 可以在矩陣中任意位置做綁定

E_{32} * \left( E_{21} * A \right) = U\Rightarrow\left( E_{32} * E_{21} \right) * A = U

* 舉例:

方程組  \begin{cases}x+2y+z=2\\3x+8y+z = 12\\4y+z=2\\\end{cases} $轉(zhuǎn)換為矩陣(A x = b)可以得到:  A_{left}=\left[\begin{matrix}1 & 2 & 1 \\3 & 8 & 0 \\0 & 4 & 1 \\\end{matrix}\right], x_{未知數(shù)}=\left[\begin{matrix}x\\ y\\  z\\\end{matrix}\right], ? ?b=\left[\begin{matrix}2\\ 12\\ 2\\\end{matrix}\right]

帶入矩陣后,對(duì)A進(jìn)行消元(delimulation, pivot->元),然后再把消元后的矩陣回代(back substitution)方程組,可以求解出x,y,z的結(jié)果。

# 舉例

## 1.一般方程組帶入矩陣后消元:

A_{左邊}=\left[\begin{matrix}1,first_{pivot} & 2 & 1 \\3 & 8 & 1 \\0 & 4 & 1 \\\end{matrix}\right],

* __第一行對(duì)第二行消元__, 乘以 E_{2,1}?得到 U_{2,1}=\left[\begin{matrix}1 & 2 & 1 \\0 & 2 & -2 \\0 & 4 & 1 \\\end{matrix}\right], ?此時(shí)b變成了\left[ \begin{matrix}2\\ 6\\ 2\\ \end{matrix} \right]

具體操作為:``` 第二行減去 (第一行乘以3),第三行保持不變? ```? 標(biāo)記為矩陣E_{21}=\left[  \begin{matrix}  1 & 0 & 0 \\  3 & 1 & 0 \\  0 & 0 & 1 \\  \end{matrix}\right]對(duì)A進(jìn)行乘操作

* __第二行對(duì)第三行消元(pivot)__, 乘以E_{3,2}得到U_{3,2}=\left[\begin{matrix}1 & 2 & 1 \\0 & 2 & -2 \\0 & 0 & 5 \\\end{matrix}\right], 此時(shí)b變成了\left[ \begin{matrix}2\\ 6\\ -10\\ \end{matrix} \right]

具體操作為:``` (第三行乘以-2)減去 第二行,第一行保持不變? ```? 標(biāo)記為矩陣E_{32} = \left[  \begin{matrix}  1 & 0 & 0 \\  0 & 1 & 0 \\  0 & -2 & 1 \\  \end{matrix}\right]乘以U_{2,1}操作

* 對(duì)于矩陣

E_{21}=\left[  \begin{matrix}  1 & 0 & 0 \\  3 & 1 & 0 \\  0 & 0 & 1 \\  \end{matrix}\right],E_{32} = \left[  \begin{matrix}  1 & 0 & 0 \\  0 & 1 & 0 \\  0 & -2 & 1 \\  \end{matrix}\right],A_{左邊}=\left[\begin{matrix}1,first_{pivot} & 2 & 1 \\3 & 8 & 1 \\0 & 4 & 1 \\\end{matrix}\right]

三者相乘,最終得到?U=\left[  \begin{matrix}  1 & 2 & 1 \\  0 & 2 & -2 \\  0 & 0 & 5 \\  \end{matrix}\right]

## 2. 回代

* 將矩陣重新帶入具有未知數(shù)的方程組,得到

\begin{cases}x + 2y + z = 2\\2y - 2z = 6\\5z=-10\\\end{cases}, 可以求解出方程組。

# 總結(jié):

由于E_{2,1}, E_{3,2},對(duì)A_{left}乘以循序可以相互換而不影響最終的結(jié)果,所以矩陣的乘法具有交換律,就是說(shuō)括號(hào)可以隨處綁定。? __注意__:順序可以變,但是位置不可以變。

### 矩陣的乘法公式:

設(shè)A為m x p的矩陣,B為p x n的矩陣,那么稱(chēng)的矩陣C為矩陣A與B的乘積,記作C=AB,其中矩陣C中的第 i行第j列元素可以表示為:

\left(AB\right)_{ij} = \sum_{k=1}^p a_{ik}b_{kj} =a_{i1}b_{1j} + a_{i2}b_{2j} + ... + a_{ip}b_{pj}

以一個(gè)矩陣的i行 乘以第二個(gè)矩陣的j列,得到結(jié)果居中中的第i行j列,帶入ij分別為1,則比較清晰的理解問(wèn)題。

## 行列交換:

### 對(duì)于原始矩陣?

M_{origin} =  \left[ \begin{matrix}a_{j} & b \\c_{j} & d \\\end{matrix} \right]

* 行變換Permutation

P_{left Permutation} = \left[ \begin{matrix}0_{i} & 1_{i} \\ 1 & 0 \\\end{matrix} \right]

P_{left} * M_{origin} \Rightarrow\left[ \begin{matrix}0_{i} & 1_{i} \\1 & 0 \\\end{matrix} \right]?*?\left[ \begin{matrix}a_{j} & b \\c_{j} & d \\\end{matrix} \right]

\Rightarrow M_{new,byRowRotation}=\left[ \begin{matrix}c = 0_{i} * a_{j} + 1_{i} * c_{j}  &  d\\a &  b\\\end{matrix} \right]

即?\left[ \begin{matrix}c & d\\a & b\\\end{matrix} \right]

* 列變換Permutation

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