學(xué)習(xí)過(guò)線性代數(shù)的同學(xué),在學(xué)習(xí)到矩陣運(yùn)算這一節(jié)的時(shí)候,一定看到過(guò)這個(gè)矩陣乘法的運(yùn)算規(guī)則:
1、如何解線性方程組
解線性方程組,是我們從初中就學(xué)過(guò)的知識(shí):
【例】:解三元一次方程組

2、如何用矩陣初等行變換的方法解線性方程組
在計(jì)算中,我們發(fā)現(xiàn):這樣的符號(hào),在計(jì)算中完全可以省略,只要計(jì)算的時(shí)候,把每個(gè)未知數(shù)的系數(shù)位置明確即可。所以,以后這樣的方程組之間的運(yùn)算,就用矩陣的初等行變換來(lái)代替了:
矩陣第一行4個(gè)元素,從左到右依次表示第一個(gè)方程3個(gè)未知數(shù)的系數(shù)和等號(hào)右邊的2。其他行也同理。(虛線只是方便區(qū)分系數(shù)和等號(hào)右邊的數(shù)字,沒有實(shí)際意義)
而我們前面解方程的過(guò)程,也簡(jiǎn)化為了對(duì)矩陣做初等行變換的過(guò)程:
經(jīng)過(guò)一系列的初等行變換之后,矩陣變成了這樣:
方程組自然就解出來(lái)了。
到這一步,你可能覺得已經(jīng)很完美了,但是數(shù)學(xué)家覺得,這種方法還是不夠簡(jiǎn)潔。
3、用矩陣記錄初等行變換的過(guò)程
仔細(xì)觀察矩陣初等行變換的過(guò)程:我們發(fā)現(xiàn),把某行加到某行,把某行乘某個(gè)數(shù),這些帶有規(guī)則數(shù)字的內(nèi)容,其實(shí)也可以表示為一個(gè)矩陣!
比如:
我們把這三串?dāng)?shù)字,按照順序:對(duì)第1行的變換過(guò)程記錄,就寫在第1行,第2行的變換過(guò)程記錄,就寫在第2行:
這個(gè)拼出來(lái)的矩陣,里面記錄了上一次初等行變換的信息。
現(xiàn)在我們開始定義矩陣的乘法了:
這個(gè)過(guò)程,現(xiàn)在就寫成了(剛才那個(gè)記錄變換過(guò)程的矩陣被放在了原矩陣的左邊):
這樣矩陣乘法的計(jì)算規(guī)則就很自然的被定義出來(lái)了。
為了表述方便,我們把這個(gè)乘法簡(jiǎn)記為:
4、解方程組,需要若干次初等行變換
這樣一來(lái),一個(gè)復(fù)雜的解方程組過(guò)程,用三個(gè)字母和一個(gè)等號(hào)簡(jiǎn)潔的表示出來(lái)了。
感興趣的同學(xué)可以驗(yàn)算一下:
因?yàn)檫@里面是很多個(gè)初等行變換乘在一起的運(yùn)算了,這個(gè)運(yùn)算就不初等了。我們就只管他叫行變換好了。
當(dāng)然,線性代數(shù)這門學(xué)科發(fā)展到今天,矩陣乘法的意義已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了解方程組這樣簡(jiǎn)單的運(yùn)用范疇了。如果單純的考慮這樣的矩陣乘法,我們發(fā)現(xiàn),只要的列數(shù)和的行數(shù)相同,矩陣乘法就可以順利的進(jìn)行下去。
5、重點(diǎn):不可以隨意交換乘法的順序
總結(jié)
聰明的你已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了:我們文章開頭的那個(gè)看起來(lái)莫名其妙的求和項(xiàng),只不過(guò)是把每一行的整體運(yùn)算,拆解成了每個(gè)元素單獨(dú)的運(yùn)算:


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