9.5: Matrices na Matrix Uendeshaji
- Pata jumla na tofauti ya matrices mbili.
- Pata makundi ya scalar ya tumbo.
- Pata bidhaa ya matrices mbili.
Timu mbili za klabu za soka, Wildcats na Paka za Mud, zina matumaini ya kupata vifaa vipya kwa msimu ujao. Jedwali9.5.1 linaonyesha mahitaji ya timu zote mbili.
paka mwitu | matope paka | |
---|---|---|
Malengo | 6 | 10 |
Mipira | 30 | 24 |
Jerseys | 14 | 20 |
Gharama za lengo$300; gharama za mpira$10; na gharama za jersey$30. Tunawezaje kupata gharama ya jumla ya vifaa vinavyohitajika kwa kila timu? Katika sehemu hii, tunagundua njia ambayo data katika meza ya vifaa vya soka inaweza kuonyeshwa na kutumika kwa kuhesabu habari zingine. Kisha, tutaweza kuhesabu gharama za vifaa.

Kupata Jumla na Tofauti ya Matrices Mbili
Ili kutatua tatizo kama ile iliyoelezwa kwa timu za soka, tunaweza kutumia tumbo, ambayo ni safu ya mstatili wa namba. Mstari katika tumbo ni seti ya namba ambazo zimeunganishwa kwa usawa. Safu katika tumbo ni seti ya namba ambazo zimeunganishwa kwa wima. Kila namba ni kuingia, wakati mwingine huitwa kipengele, cha tumbo. Matrices (wingi) hufungwa ndani ya [] au (), na kwa kawaida huitwa kwa herufi kubwa. Kwa mfano, matrices tatu aitwayeAB,, naC ni hapa chini.
A=[1234]B=[1270−56782]C=[−130231]
Matrix mara nyingi hujulikana kwa ukubwa wake au vipimo:m×n kuonyesham safu nan nguzo. Maingizo ya Matrix hufafanuliwa kwanza kwa mstari na kisha kwa safu. Kwa mfano, ili kupata kuingia katika tumboA kutambuliwa kamaaij, tunatafuta kuingia mfululizoi, safuj. Katika tumboA, iliyoonyeshwa hapa chini, kuingia kwa safu2, safu3 nia23.
A=[a11a12a13a21a22a23a31a32a33]
- Matrix ya mraba ni tumbo yenye vipimon×n, maana yake ina idadi sawa ya safu kama nguzo. 3×3Matrix hapo juu ni mfano wa tumbo la mraba.
- Matrix ya mstari ni tumbo yenye mstari mmoja na vipimo1×n. [a11a12a13]
- Matrix ya safu ni tumbo yenye safu moja na vipimom×1. [a11a21a31]
Matrix inaweza kutumika kuwakilisha mfumo wa equations. Katika kesi hizi, namba zinawakilisha coefficients ya vigezo katika mfumo. Matrices mara nyingi hufanya mifumo ya kutatua equations rahisi kwa sababu haijatumiwa na vigezo. Tutachunguza wazo hili zaidi katika sehemu inayofuata, lakini kwanza tutaangalia shughuli za msingi za matrix.
Matrix ni safu ya namba ya mstatili ambayo kwa kawaida huitwa kwa herufi kuu:A,B,C, na kadhalika. Kila kuingia katika tumbo ni inajulikana kamaaij, kama kwambai inawakilisha mstari naj inawakilisha safu. Matrices mara nyingi hujulikana kwa vipimo vyao:m×n kuonyesham safu nan nguzo.
Kutokana na tumboA:
- Je! Ni vipimo gani vya matrixA?
- Je, ni entries katikaa31 naa22?
A=[21024731−2]
Suluhisho
- Vipimo ni3×3 kwa sababu kuna safu tatu na nguzo tatu.
- Kuingiaa31 ni namba katika mstari wa 3, safu ya 1, yaani3. Kuingiaa22 ni namba katika mstari wa 2, safu ya 2, ambayo ni4. Kumbuka, mstari unakuja kwanza, kisha safu.
Kuongeza na Kutoa Matrices
Tunatumia matrices kuorodhesha data au kuwakilisha mifumo. Kwa sababu entries ni namba, tunaweza kufanya shughuli kwenye matrices. Tunaongeza au kuondoa matrices kwa kuongeza au kuondoa entries sambamba. Kwa kufanya hivyo, maingizo yanapaswa kuendana. Kwa hiyo, kuongeza na kuondoa matrices inawezekana tu wakati matrices yana vipimo sawa. Tunaweza kuongeza au Ondoa3×3 tumbo na3×3 tumbo jingine, lakini hatuwezi kuongeza au kuondoa2×3 tumbo na tumbo kwa sababu baadhi ya entries katika tumbo moja haitakuwa na kuingia sambamba katika tumbo nyingine.3×3
Kutokana matricesA naB ya vipimo kama, kuongeza na kuondoa yaA naB kuzalisha tumboC au tumboD ya mwelekeo huo.
A+B=C
kama kwambaaij+bij=cij
A−B=D
kama kwambaaij−bij=dij
Matrix kuongeza ni commutative.
A+B=B+A
Pia ni associative.
(A+B)+C=A+(B+C)
Kupata jumla yaA naB, kutokana
A=[abcd]
na
B=[efgh]
Suluhisho
Ongeza entries sambamba.
A+B=[abcd]+[efgh]=[a+eb+fc+gd+h]
Kupata jumla yaA naB.
A=[4132]
na
B=[5907]
Suluhisho
Ongeza entries sambamba. Ongeza kuingia katika mstari wa 1, safu ya 1a11, ya MatrixA kwa kuingia katika mstari wa 1, safu ya 1b11, yaB. Endelea muundo mpaka maingizo yote yameongezwa.
A+B=[4132]+[5907]=[4+51+93+02+7]=[91039]
Kupata tofauti yaA naB.
A=[−2301]naB=[8154]
Suluhisho
Tunaondoa entries sambamba za kila tumbo.
A−B=[−2301]−[8154]=[−2−83−10−51−4]=[−102−5−3]
KutokanaA naB:
- Pata jumla.
- Kupata tofauti.
A=[2−10−21412104−22]
na
B=[610−20−12−4−52−2]
Suluhisho
- Ongeza entries sambamba.
A+B=[2−10−21412104−22]+[610−20−12−4−52−2]=[2+6−10+10−2−214+012−1210−44−5−2+22−2]=[80−41406−100]
- Ondoa entries sambamba.
A−B=[2−10−21412104−22]−[610−20−12−4−52−2]=[2−6−10−10−2+214−012+1210+44+5−2−22+2]=[−4−2001424149−44]
Ongeza tumboA na tumboB.
A=[26101−3]
na
B=[3−215−43]
- Jibu
-
A+B=[26101−3]+[3−215−43]=[2+36+(−2)1+10+51+(−4)−3+3]=[5425−30]
Kutafuta Mizigo ya Scalar ya Matrix
Mbali na kuongeza na kuondoa matrices nzima, kuna hali nyingi ambazo tunahitaji kuzidisha tumbo kwa mara kwa mara inayoitwa scalar. Kumbuka kwamba scalar ni idadi halisi ya idadi ambayo ina ukubwa, lakini si mwelekeo. Kwa mfano, wakati, joto, na umbali ni kiasi kikubwa. Mchakato wa kuzidisha kwa scalar unahusisha kuzidisha kila kuingia kwenye tumbo kwa scalar. Multiple scalar ni kuingia yoyote ya tumbo kwamba matokeo ya kuzidisha scalar.
Fikiria hali halisi ya ulimwengu ambapo chuo kikuu kinahitaji kuongeza kwenye hesabu yake ya kompyuta, meza za kompyuta, na viti katika maabara mawili ya chuo kutokana na kuongezeka kwa uandikishaji. Wanakadiria kuwa vifaa15 vingi vinahitajika katika maabara yote mawili. Hesabu ya sasa ya shule inavyoonyeshwa kwenye Jedwali9.5.2.
Maabara A | Maabara B | |
---|---|---|
Tarakilishi | 15 | 27 |
Majedwali ya Kompyuta | 16 | 34 |
Viti | 16 | 34 |
Kubadili data kwenye tumbo, tuna
C2013=[152716341634]
Ili kuhesabu ni kiasi gani cha vifaa vya kompyuta vinavyohitajika, tunazidisha entries zote kwenye tumboC na0.15.
(0.15)C2013=[(0.15)15(0.15)27(0.15)16(0.15)34(0.15)16(0.15)34]=[2.254.052.45.12.45.1]
Ni lazima pande zote hadi integer ijayo, hivyo kiasi cha vifaa vya mpya zinahitajika ni
[353636]
Kuongeza matrices mbili kama inavyoonekana hapa chini, tunaona hesabu mpya kiasi.
[152716341634]+[353636]=[183219401940]
Hii ina maana
C2014=[183219401940]
Hivyo, Lab A itakuwa na18 kompyuta, meza za19 kompyuta, na19 viti; Lab B itakuwa na32 kompyuta, meza za40 kompyuta, na40 viti.
Kuzidisha kwa scalar kunahusisha kutafuta bidhaa ya mara kwa mara kwa kila kuingia kwenye tumbo. Kutokana
A=[a11a12a21a22]
nyingi za scalarcA ni
cA=c[a11a12a21a22]
=[ca11ca12ca21ca22]
Kuzidisha kwa Scalar ni kusambaza. Kwa matricesAB,C na kwa scalarsa nab,
a(A+B)=aA+aB
(a+b)A=aA+bA
Kuzidisha tumboA kwa scalar3.
A=[8154]
Suluhisho
Panua kila kuingiaA kwa scalar3.
3A=3[8154]=[3⋅83⋅13⋅53⋅4]=[2431512]
Kutokana na tumboB, tafuta−2B wapi
B=[4132]
- Jibu
-
−2B=[−8−2−6−4]
Pata jumla3A+2B.
A=[1−200−1243−6]
na
B=[−1210−3201−4]
Suluhisho
Kwanza, tafuta3A, basi2B.
3A=[3⋅13(−2)3⋅03⋅03(−1)3⋅23⋅43⋅33(−6)]=[3−600−36129−18]
2B=[2(−1)2⋅22⋅12⋅02(−3)2⋅22⋅02⋅12(−4)]=[−2420−6402−8]
Sasa, ongeza3A+2B.
3A+2B=[3−600−36129−18]+[−2420−6402−8]=[3−2−6+40+20+0−3−66+412+09+2−18−8]=[1−220−9101211−26]
Kutafuta Bidhaa ya Matrices Mbili
Mbali na kuzidisha tumbo kwa scalar, tunaweza kuzidisha matrices mbili. Kupata bidhaa ya matrices mbili inawezekana tu wakati vipimo vya ndani ni sawa, maana yake ni kwamba idadi ya nguzo za matrix ya kwanza ni sawa na idadi ya safu ya tumbo la pili. IkiwaA nim×r tumbo naB nir×n tumbo, basi tumbo la bidhaaAB nim×n tumbo. Kwa mfano, bidhaaAB inawezekana kwa sababu idadi ya nguzo ndaniA ni sawa na idadi ya safu katikaB. Ikiwa vipimo vya ndani havifanani, bidhaa haijafafanuliwa.
Sisi kuzidisha entries yaA na entries yaB kulingana na muundo maalum kama ilivyoainishwa hapa chini. Mchakato wa kuzidisha matrix inakuwa wazi wakati wa kufanya kazi tatizo na namba halisi.
Ili kupata entries mfululizoi waAB, sisi kuzidisha entries katika mstarii waA na safuj katikaB na kuongeza. Kwa mfano, kupewa matricesA naB, ambapo vipimo vyaA ni2×3 na vipimo vyaB ni3×3, bidhaa yaAB itakuwa2×3 tumbo.
A=[a11a12a13a21a22a23]
na
B=[b11b12b13b21b22b23b31b32b33]
Kuzidisha na kuongeza kama ifuatavyo ili kupata kuingia kwanza kwa tumbo la bidhaaAB.
- Ili kupata kuingia katika mstari 1, safu 1 yaAB, kuzidisha mstari wa kwanza katikaA na safu ya kwanza katikaB, na kuongeza.
[a11a12a13]⋅[b11b21b31]=a11⋅b11+a12⋅b21+a13⋅b31
- Ili kupata kuingia katika mstari 1, safu 2 yaAB, kuzidisha mstari wa kwanza waA kwa safu ya pili katikaB, na kuongeza.
[a11a12a13]⋅[b12b22b32]=a11⋅b12+a12⋅b22+a13⋅b32
- Ili kupata kuingia katika mstari 1, safu 3 yaAB, kuzidisha mstari wa kwanza waA kwa safu ya tatu katikaB, na kuongeza.
[a11a12a13]⋅[b13b23b33]=a11⋅b13+a12⋅b23+a13⋅b33
Tunaendelea njia ile ile ya kupata mstari wa pili waAB. Kwa maneno mengine, mstari 2 yaA mara safu 1 yaB; mstari 2 yaA mara safu 2 yaB; mstari 2 yaA mara safu 3 yaB. Baada ya kukamilika, tumbo la bidhaa litakuwa
AB=[a11⋅b11+a12⋅b21+a13⋅b31a11⋅b12+a12⋅b22+a13⋅b32a11⋅b13+a12⋅b23+a13⋅b33a21⋅b11+a22⋅b21+a23⋅b31a21⋅b12+a22⋅b22+a23⋅b32a21⋅b13+a22⋅b23+a23⋅b33]
Kwa matriceA,B, na maliC zifuatazo zinashikilia.
- Uzidishaji wa Matrix ni ushirika:(AB)C=A(BC).
- Kuzidisha Matrix ni kusambaza:C(A+B)=CA+CB(A+B)C=AC+BC.
Kumbuka kuwa kuzidisha matrix si commutative.
Kuzidisha tumboA na tumboB.
A=[1234]
na
B=[5678]
Suluhisho
Kwanza, tunaangalia vipimo vya matrices. MatrixA ina vipimo2×2 na tumboB ina vipimo2×2. Vipimo vya ndani ni sawa ili tuweze kufanya kuzidisha. Bidhaa itakuwa na vipimo2×2.
Tunafanya shughuli zilizotajwa hapo awali.
KutokanaA naB:
- KupataAB.
- KupataBA.
A=[−123405]
na
B=[5−1−4023]
Suluhisho
- Kama vipimo vyaA ni2×3 na vipimo vyaB ni3×2, matrices hizi zinaweza kuzidishwa pamoja kwa sababu idadi ya nguzoA inafanana na idadi ya safu ndaniB. Bidhaa hiyo itakuwa2×2 matrix, idadi ya safu ndaniA na idadi ya nguzo ndaniB.
AB=[−123405][5−1−4023]=[−1(5)+2(−4)+3(2)−1(−1)+2(0)+3(3)4(5)+0(−4)+5(2)4(−1)+0(0)+5(3)]=[−7103011]
- Vipimo vyaB ni3×2 na vipimo vyaA ni2×3. Vipimo vya ndani vinafanana hivyo bidhaa hufafanuliwa na itakuwa3×3 tumbo.
BA=[5−1−4023][−123405]=[5(−1)+−1(4)5(2)+−1(0)5(3)+−1(5)−4(−1)+0(4)−4(2)+0(0)−4(3)+0(5)2(−1)+3(4)2(2)+3(0)2(3)+3(5)]=[−910104−8−1210421]
Uchambuzi
Kumbuka kwamba bidhaaAB naBA si sawa.
AB=[−7103011]≠[−910104−8−1210421]=BA
Hii inaonyesha ukweli kwamba kuzidisha kwa tumbo sio kubadilisha.
Ndiyo, fikiria tumboA na mwelekeo3×4 na tumboB na mwelekeo4×2. Kwa bidhaa vipimoAB vya ndani ni4 na bidhaa hufafanuliwa, lakini kwa bidhaa vipimoBA vya ndani ni2 na3 hivyo bidhaa haijulikani.
Hebu kurudi kwenye tatizo lililowasilishwa wakati wa ufunguzi wa sehemu hii. Tuna Jedwali9.5.3, anayewakilisha mahitaji ya vifaa vya timu mbili za soka.
paka mwitu | matope paka | |
---|---|---|
Malengo | 6 | 10 |
Mipira | 30 | 24 |
Jerseys | 14 | 20 |
Pia tunapewa bei za vifaa, kama inavyoonekana katika Jedwali9.5.4.
Lengo | $300 |
Mpira | $10 |
Jersey | $30 |
Tutabadilisha data kwa matrices. Hivyo, matrix haja ya vifaa imeandikwa kama
E=[61030241420]
Matrix ya gharama imeandikwa kama
C=[3001030]
Tunafanya kuzidisha matrix ili kupata gharama za vifaa.
CE=[3001030]⋅[61030241420]=[300(6)+10(30)+30(14)300(10)+10(24)+30(20)]=[2,5203,840]
gharama ya jumla kwa ajili ya vifaa kwa ajili ya Wildcats ni$2,520, na gharama ya jumla kwa ajili ya vifaa kwa ajili ya matope Cats ni$3,840.
- Hifadhi kila tumbo kama variable Matrix[A],[B],[C],...
- Ingiza operesheni ndani ya calculator, wito up kila variable Matrix kama inahitajika.
- Ikiwa operesheni inafafanuliwa, calculator itawasilisha tumbo la suluhisho; ikiwa operesheni haijulikani, itaonyesha ujumbe wa kosa.
KupataAB−C aliyopewa
A=[−15253241−7−281034−2],B=[4521−37−2452196−48−31], naC=[−100−89−9825−5674−6742−75]
Suluhisho
Kwenye ukurasa wa tumbo wa calculator, tunaingia tumboA hapo juu kama variable ya tumbo[A], tumboB hapo juu kama kutofautiana kwa tumbo[B], na tumboC hapo juu kama kutofautiana kwa tumbo[C].
Kwenye skrini ya nyumbani ya calculator, tunaandika tatizo na tutaita kila variable ya tumbo kama inahitajika.
[A]×[B]−[C]
Calculator inatupa tumbo zifuatazo.
[−983−4621361,8201,897−856−3112,032413]
Fikia rasilimali hizi za mtandaoni kwa maelekezo ya ziada na mazoezi na matrices na shughuli za matrix.
Dhana muhimu
- Matrix ni safu ya mstatili wa namba. Maingizo yanapangwa katika safu na nguzo.
- Vipimo vya tumbo hutaja idadi ya safu na idadi ya nguzo. 3×2Matrix ina safu tatu na nguzo mbili. Angalia Mfano9.5.1.
- Sisi kuongeza na kuondoa matrices ya vipimo sawa kwa kuongeza na kuondoa entries sambamba ya kila tumbo. Angalia Mfano9.5.2, Mfano9.5.3, Mfano9.5.4, na Mfano9.5.5.
- Kuzidisha kwa scalar kunahusisha kuzidisha kila kuingia kwenye tumbo kwa mara kwa mara. Angalia Mfano9.5.6.
- Kuzidisha kwa scalar mara nyingi huhitajika kabla ya kuongeza au kuondoa kunaweza kutokea. Angalia Mfano9.5.7.
- Kuongezeka kwa matrices kunawezekana wakati vipimo vya ndani ni sawa-idadi ya nguzo katika tumbo la kwanza lazima ifanane na idadi ya safu katika pili.
- bidhaa ya matrices mbili,A naB, ni kupatikana kwa kuzidisha kila kuingia katika mstari 1 yaA kwa kila kuingia katika safu 1 yaB; kisha kuzidisha kila kuingia ya mstari 1 yaA kwa kila kuingia katika nguzo 2 yaB, na kadhalika. Angalia Mfano9.5.8 na Mfano9.5.9.
- Matatizo mengi ya ulimwengu halisi yanaweza kutatuliwa mara nyingi kwa kutumia matrices. Angalia Mfano9.5.10.
- Tunaweza kutumia calculator kufanya shughuli matrix baada ya kuokoa kila tumbo kama variable Matrix. Angalia Mfano9.5.11.