Trasposizione di una matrice è un metodo molto comune utilizzato per la trasformazione di matrici in algebra lineare. La trasposizione di una matrice si ottiene scambiando le righe e le colonne della matrice data o viceversa. La trasposizione di una matrice può essere utilizzata per ottenere l'aggiunto e l'inverso delle matrici.
Prima di conoscere i dettagli della trasposizione di una matrice, impariamo prima Cos'è una matrice?. Una matrice non è altro che la rappresentazione dell'insieme di dati nel formato array rettangolare. In una matrice, i dati sono organizzati in righe e colonne specifiche. In Matematica esistono vari tipi di matrici e sono presentate nell'ordine di righe × colonne. Prendiamo ad esempio la matrice di ordine 3×2 (diciamo A).
A =
In questo articolo impareremo a conoscere la trasposta di una matrice, i suoi tipi, proprietà, simboli e ordine, come trovare la trasposta di una matrice ed esempi di essa.
Tabella dei contenuti
- Cos'è una matrice?
- Tipi di matrici
- Cos'è la trasposizione di una matrice?
- Simbolo della matrice di trasposizione | Notazione di trasposizione
- Ordine di trasposizione della matrice
- Come trovare la trasposta di una matrice?
- Trasposizione della matrice di righe e colonne
- Trasposizione di matrici orizzontali e verticali
- Trasposizione di una matrice simmetrica
- Trasposizione di una matrice diagonale
- Trasposizione di una matrice trasposta
- Trasposizione di una matrice quadrata
- Trasposizione di una matrice 3×3
- Determinante della trasposta di una matrice
- Trasposizione di una matrice Proprietà
Cos'è una matrice?
Una matrice rettangolare di numeri, simboli o caratteri assegnati a una particolare riga e colonna è chiamata matrice. I numeri, i simboli o i caratteri presenti nella matrice sono chiamati elementi della matrice. Il numero di righe e colonne presenti in una matrice determina l'ordine della matrice. Ad esempio, se una matrice 'A' contiene righe 'i' e colonne 'j', la matrice è rappresentata da [A]i⨯j. Qui, i⨯j determina l'ordine della matrice. Vediamo un esempio di matrice.
Nell'esempio sopra, ci sono tre righe e due colonne, quindi l'ordine della matrice è 3⨯2.
Tipi di matrici
Esistono vari tipi di matrici in base al numero di righe e colonne che possiedono e anche per le caratteristiche specifiche che presentano. Vediamone alcuni
- Matrice di righe: Una matrice in cui è presente una sola riga e nessuna colonna è chiamata matrice di righe.
- Matrice di colonne: Una matrice in cui è presente solo una colonna e ora una riga è chiamata matrice di colonne.
- Matrice orizzontale: Una matrice in cui il numero di righe è inferiore al numero di colonne è chiamata matrice orizzontale.
- Matrice verticale: Una matrice in cui il numero di colonne è inferiore al numero di righe è chiamata matrice verticale.
- Matrice rettangolare: Una matrice in cui il numero di righe e colonne è diverso è chiamata matrice rettangolare.
- Matrice quadrata: Una matrice in cui il numero di righe e colonne è lo stesso è detta matrice quadrata.
- Matrice diagonale: Una matrice quadrata in cui gli elementi non diagonali sono zero è detta matrice diagonale.
- Matrice Zero: Una matrice i cui tutti gli elementi sono zero è detta matrice zero.
- Matrice delle unità: Una matrice diagonale i cui elementi diagonali sono tutti uguali è detta matrice unitaria.
- Matrice simmetrica: Una matrice quadrata si dice simmetrica se la trasposta della matrice originale è uguale alla sua matrice originale. cioè (AT) = A.
- Antisimmetrico: Una matrice antisimmetrica (o antisimmetrica o antimetrica[1]) è una matrice quadrata la cui trasposizione è uguale al suo negativo. (UNT) = -A.
Leggi anche , Tipi di matrici
Cos'è la trasposizione di una matrice?
La trasposizione di una matrice è una matrice che si ottiene scambiando le righe e le colonne della matrice data o viceversa, cioè per la matrice data gli elementi nelle righe vengono scambiati con gli elementi nelle colonne. Per ogni matrice A la sua trasposta è indicata come AT, o AT.
Trasposizione di una definizione di matrice
La trasposizione di una matrice è un'operazione matematica che comporta l'inversione delle righe e delle colonne della matrice originale.
Rappresentazione della trasposizione di matrice
A = [a (ig) ] m×n
UN T = [a (dal) ] n×mqui i, j presentano la posizione di un elemento di matrice, rispettivamente per riga e per colonna, tale che, 1 ≤ i ≤ m e 1 ≤ j ≤ n.
Esempio: per ogni matrice A d'ordine 2 × 3 la sua trasposizione è?
Soluzione:
Trasposizione di A
UNT=
egin{bmatrix} 2 & 4 5 & 7 3 & 0 end{bmatrix} Ordine dell'ATÈ 3×2
Simbolo della matrice di trasposizione | Notazione di trasposizione
La trasposizione di una matrice è l'operazione che capovolge la matrice sulla sua diagonale principale e ne scambia le righe con le colonne. La trasposizione di una matrice A è denotata dalla notazione A’ o ATo AT.
Ordine di trasposizione della matrice
L'ordine di una matrice indica il totale degli elementi contenuti in una matrice. Rappresenta anche il numero di righe e colonne in una matrice. I valori orizzontali rappresentano le righe della matrice e i valori verticali rappresentano le colonne della matrice. Per qualsiasi matrice Am×n, l'ordine è m×n, cioè ha m righe e n colonne. Pertanto, la trasposta della matrice A è ATe il suo ordine è n×m, cioè ha n righe e m colonne.
Come trovare la trasposta di una matrice?
La trasposizione di qualsiasi matrice può essere facilmente trovata modificando i valori nelle righe con i valori nelle colonne. Facciamo un esempio per capirlo in dettaglio.
Per qualsiasi matrice A23, l'ordine è 2×3, ovvero ha 2 righe e 3 colonne.
A =
La trasposta della matrice A è ATdell'ordine 3×2 avente 3 righe e 2 colonne. Nella matrice trasposta gli elementi della prima riga della matrice data vengono modificati con la prima colonna della matrice trasposta. Allo stesso modo, gli elementi della seconda riga della matrice A data vengono scambiati con la seconda colonna della nuova matrice ATe così via fino a scambiare l'intera matrice.
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UNT=
Trasposizione della matrice di righe e colonne
Una matrice che ha una sola riga è detta matrice di riga, mentre una matrice che ha una sola colonna è detta matrice di colonna. La trasposizione di una matrice di riga è una matrice di colonna e viceversa. Ad esempio, se P è una matrice colonna di ordine 4 × 1, la sua trasposizione è una matrice riga di ordine 1 × 4. Se Q è una matrice riga di ordine 1 × 3, la sua trasposizione è una matrice colonna di ordine 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]
Trasposizione di matrici orizzontali e verticali
Se il numero di righe in una matrice è inferiore al numero di colonne, la matrice è detta matrice orizzontale, mentre se il numero di colonne in una matrice è inferiore al numero di righe, la matrice è detta matrice orizzontale. matrice verticale. La trasposta di una matrice orizzontale è una matrice verticale e viceversa. Ad esempio, se M è una matrice orizzontale di ordine 2 × 3, allora la sua trasposta è una matrice verticale di ordine 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}
Trasposizione di una matrice simmetrica
Una matrice simmetrica è come un tipo speciale di schema in cui i numeri sono disposti in modo speculare lungo la linea diagonale dall'alto a sinistra all'angolo in basso a destra. La trasposizione di una matrice significa capovolgere la matrice su questa linea diagonale.
Per esempio,
egin{bmatrix} 1 & 2 & 3 2 & 4 & 5 3 & 5 & 6 end{bmatrix}
I numeri su entrambi i lati della linea diagonale sono gli stessi: 2 è di fronte a 2, 3 è di fronte a 3 e così via. Ora, se prendiamo la trasposizione di questa matrice, la capovolgiamo semplicemente sulla linea diagonale. Quindi i numeri che originariamente erano in righe diventano colonne e viceversa.
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}
Qui la matrice originale e la sua trasposta sono esattamente le stesse. Questo perché quando trasponi una matrice simmetrica, ottieni nuovamente la stessa matrice! Questa è una proprietà speciale delle matrici simmetriche.
Trasposizione di una matrice diagonale
Una matrice diagonale è come uno schema in cui i numeri appaiono solo lungo la linea diagonale dall'alto a sinistra all'angolo in basso a destra, mentre tutte le altre voci sono zeri. La trasposizione di una matrice significa capovolgere la matrice su questa linea diagonale.
Per esempio,
egin{bmatrix} 2 & 0 & 0 0 & 3 & 0 0 & 0 & 5 end{bmatrix}
Qui i numeri 2, 3 e 5 appaiono lungo la diagonale, mentre tutte le altre voci sono zeri. Poiché una matrice diagonale è già simmetrica rispetto alla sua diagonale, la trasposizione di una matrice diagonale è semplicemente se stessa:
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}
Trasposizione di una matrice trasposta
Quando trasponi una matrice, la capovolgi essenzialmente lungo la sua linea diagonale. Quindi, trasporre una matrice che è già stata trasposta significa riportarla al suo orientamento originale.
Per esempio,
egin{bmatrix} 1 & 2 & 3 4 & 5 & 6 end{bmatrix} = egin{bmatrix} 1 & 4 2 & 5 3 & 6 end{bmatrix}
Ora, se prendiamo la trasposta di questa matrice trasposta:
left( egin{bmatrix} 1 & 4 2 & 5 3 & 6 end{bmatrix} ight)^T = egin{bmatrix} 1 & 2 & 3 4 & 5 & 6 end{bmatrix}
Trasposizione di una matrice quadrata
Le matrici quadrate sono matrici che hanno lo stesso numero di righe e colonne. per ogni matrice quadrata An×n, la sua trasposizione ha lo stesso ordine, cioè la trasposizione di A, ATha ordine n × n. Le righe e le colonne vengono scambiate nella trasposizione di una matrice quadrata.
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Trasposizione di una matrice 2×2
Per qualsiasi matrice 2 × 2 A,
A =
la sua trasposizione è AT,
UNT=
Esempio: Trova la trasposta della matrice A =
Soluzione:
Trasposta della matrice A =
egin{bmatrix} 1 & 2 3 & 4 end{bmatrix} ÈUNT=
egin{bmatrix} 1 & 3 2 & 4 end{bmatrix}
Trasposizione di una matrice 3×3
Per qualsiasi matrice 3 × 3 A,
A =
la sua trasposizione è AT,
UNT=
Esempio: Trova la trasposta della matrice A =
Soluzione:
Trasposizione della matrice A =
egin{bmatrix} 1 & 2 & 3 4 & 5 & 6 7 & 8 & 9 end{bmatrix} ÈUNT=
egin{bmatrix} 1 & 4 & 7 2 & 5 & 8 3 & 6 & 9 end{bmatrix}
Determinante della trasposta di una matrice
Il determinante della trasposta di una matrice A è uguale al determinante di A stessa, cioè per qualsiasi matrice quadrata A
|A| = |A T |
Trasposizione di una matrice Proprietà
Impariamo le importanti proprietà della trasposta di una matrice:
- Una matrice quadrata A di ordine n × n si dice una matrice ortogonale, se AAT=ATA = I, dove I è una matrice identità di ordine n × n.
- Una matrice quadrata A di ordine n × n si dice una matrice simmetrica se la sua trasposizione è la stessa della matrice originale, cioè AT=A.
- Una matrice quadrata A di ordine n × n si dice una matrice antisimmetrica se la sua trasposizione è uguale al negativo della matrice originale, cioè AT= –A.
- Doppia trasposizione di una matrice: La trasposizione della matrice trasposta è la matrice originale stessa.
(UN T ) T =A
- Trasposizione del prodotto di matrici: Lo dice questa proprietà
(AB) T =B T UN T
Prova:
Se le matrici A e B sono rispettivamente dell'ordine m × n e n × p.
E
UNTe BTsono la trasposizione delle matrici A e B rispettivamente di ordine n × m e p × n (dalla regola del prodotto delle matrici).
Ciò implica, se A = [a(ij)], e AT= [c(di)]
Allora, [c(ji)] = [a(ij)]
E,
Se B = [b(jk)] e BT= [d(kj)]
Quindi, [d(kj)] = [b(jk)]
Ora, dalla regola del prodotto delle matrici, possiamo scrivere:
AB è la matrice m × p e (AB)Tè la matrice p × m.
Inoltre, BTè una matrice p × n e ATè una matrice n × m.
Questo implica che,
(BT)(UNT) è una matrice p × m.
Perciò,
(AB)Te BT)(UNT) sono entrambe matrici p × m.
Ora possiamo scrivere,
(k, io)thelemento di (AB)T= (i, k)thelemento di 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)esimo elemento di (B T )(UN T )
Perciò,
gli elementi di (AB) T E (B T )(UN T ) sono uguali.
Perciò,
(AB) T = (B T )(UN T )
- Moltiplicazione per costante: Se una matrice viene moltiplicata per un valore scalare e viene presa la sua trasposizione, la matrice risultante sarà uguale alla trasposizione della matrice originale moltiplicata per il valore scalare, ovvero (kA)T=kAT, dove k è un valore scalare.
Prova:
Consideriamo una matrice A = [aij]m×ne uno scalare k.
L'ordine della matrice A data è m × n.
Se la matrice A viene moltiplicata per il valore scalare k, allora tutti gli elementi della matrice vengono moltiplicati per questa costante scalare k, tuttavia, l'ordine della matrice kA rimane lo stesso, ovvero m × n.
Ora, l'ordine della trasposizione della matrice kA, ovvero (kA)Tsarà n × m.
Poiché l'ordine della matrice A è m × n, l'ordine della sua matrice trasposta, cioè ATsarà n × m.
Se la matrice ATviene moltiplicato per il valore scalare k, quindi l'ordine della matrice kATsarà anche n × m.
Quindi, l'ordine delle matrici (kA)Te kATè lo stesso, cioè n × m.
Proviamo ora che gli elementi corrispondenti di (kA)Te kATsono uguali.
L'(i, j)esimo elemento di (kA)Tsarà uguale al (j, i)esimo elemento di kA.
(io, j)thelemento di (kA)T= (j, io)thelemento di kA
⇒ (i, j)thelemento di (kA)T= (i, j)thelemento di kAT
Quindi diciamo che gli elementi corrispondenti di (kA)Te kATsono uguali.
Come l'ordine e gli elementi corrispondenti di (kA)Te kATsono uguali,
Pertanto, possiamo concludere che (kA) T =kA T .
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- Trasposizione dell'addizione di matrici: Lo dice questa proprietà.
(A+B) T =A T + B T
Prova:
Qui A e B sono due matrici d'ordine m×n
Permettere, A = [a(ij)] E B = [b(ij)] d'ordine m×n .
COSÌ, (A + B) è anche d'ordine m×n matrice
Anche, UN T E B T sono d'ordine n×m matrici.
Così il Trasposizione della matrice (A + B) O (A + B) T è un n×m matrice.
Ora possiamo dire, UN T + B T è anche un n×m matrice.
Ora, dalla regola di trasposizione,
(j, i)esimo elemento di (A + B) T = (i, j)esimo elemento di (A + B)
= (i, j)esimo elemento di UN + (i, j)esimo elemento di B
= (j, i)esimo elemento di UN T + (j, i)esimo elemento di B T
= (j, i)esimo elemento di (UN T + B T )Perciò,
(A + B) T =A T + B T
- Se A è una matrice quadrata di qualsiasi ordine ed è invertibile, allora l'inverso della sua trasposta è uguale alla trasposta dell'inversa della matrice originale, cioè (AT)-1= (A-1)T.
Prova:
Per dimostrarlo (AT)-1= (A-1)T, consideriamo una matrice quadrata non singolare A.
destra = (A-1)T
Ora moltiplichiamo (A-1)Tdi AT
= (A-1)T×AT
Sappiamo che (AB)T=BTUNT
Quindi (A-1)TUNT= (AA-1)T
Sappiamo che l'AA-1= I, dove I è una matrice identità.
Quindi (A-1)TUNT= IoT
⇒ (A-1)TUNT= Io (Poiché, IT= io)
⇒ (A-1)T= (AT)-1= sinistra
Quindi dimostrato.
Perciò, (UN T ) -1 = (A -1 ) T
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Esempi risolti sulla trasposizione di una matrice
Esempio 1: Trova la trasposta della matrice A =
Soluzione:
La trasposta della matrice A è AT
UNT=
egin{bmatrix} a & p b & q c & r end{bmatrix}
Esempio 2: per le matrici,
Dimostrare che per queste matrici vale la proprietà (AB) T = (B T )(UN T )
Soluzione:
Ecco A e B 23 E 3×2 matrici rispettivamente. Quindi, con la regola del prodotto di una matrice, possiamo trovare il loro prodotto e le matrici finali sarebbero di 2×2 matrice.
L.H.S
Ora,
convertire una stringa in una data
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} Quindi, la trasposizione della matrice AB è,
(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} E
B^{t} = egin{bmatrix} 2 & -3 & 4 1 & 0 & -5 end{bmatrix} COSÌ,
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} Perciò,
(AB) T =B T UN T
Esempio 3: verificare se (Q T ) T = Q oppure no.
Soluzione:
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 Quindi verificato.
Esempio 4: verificare se la matrice fornita di seguito è simmetrica o meno.
Soluzione:
Sappiamo che una matrice quadrata P di ordine n × n si dice una matrice simmetrica se la sua trasposizione è la stessa della matrice originale, cioè PT= p.
P^{T} = left[egin{array}{cc} 6 & -5 -5 & 6 end{array} ight]^{T} Ora, pTsi ottiene scambiando le sue righe in colonne.
P^{T} = left[egin{array}{cc} 6 & -5 -5 & 6 end{array} ight] = P Come pT= P, la matrice quadrata data è simmetrica.
Esempio 5: Per matrici
Dimostrare che queste matrici hanno questa proprietà, (A + B) T =A T + B T
Soluzione:
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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} COSÌ,
(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} E,
B^{t} = egin{bmatrix} 3 & 5 -2 & 4 end{bmatrix} Ora,
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} Perciò,
(A + B) T =A T + B T
Domande frequenti sulla trasposizione di una matrice
Cos'è la trasposta di una matrice?
La trasposizione di una matrice è una matrice ottenuta scambiando le righe e le colonne della matrice. La trasposta della matrice A è indicata come AT. Per una data matrice di ordine m×n, la trasposizione della matrice è di ordine n×m.
Qual è l'ordine di trasposizione di una matrice quadrata?
Per una matrice quadrata l'ordine della matrice non cambia durante la trasposizione, quindi per una matrice di ordine n×n, anche l'ordine della sua trasposizione è n×n.
Qual è la proprietà di addizione della matrice di trasposizione?
La proprietà di addizione della trasposizione della matrice afferma che la somma di due matrici trasposte è sempre uguale alla somma della trasposizione delle singole matrici, ovvero
(A+B)′ = A′+B′
Qual è la proprietà di moltiplicazione della matrice di trasposizione?
La proprietà di moltiplicazione della trasposizione di matrice afferma che il prodotto della trasposizione di due matrici è sempre uguale al prodotto della trasposizione di singole matrici in ordine inverso, ovvero
(A×B)′ = B′ × A′
Come calcolare la trasposta di una matrice?
La trasposizione di qualsiasi matrice può essere facilmente trovata modificando i valori nelle righe con i valori nelle colonne.