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Matrici: definizione, tipi, operazioni e determinanti

Matrici: definizione, tipi, operazioni e determinanti

Scritto da Jean Carlos Novaes

Una matrice è una disposizione rettangolare di numeri, simboli o funzioni in righe e colonne. Può memorizzare dati, codificare un sistema di equazioni, rappresentare una trasformazione geometrica o descrivere una rete. La posizione di ciascun elemento fa parte dell'informazione.

A=[a11a12a13a21a22a23]
A∈R2×3

Ordine, elementi e tipi sovrapposti

L'ordine (m×n) indica prima le righe e poi le colonne. Due matrici sono uguali solo se hanno lo stesso ordine e ogni coppia di elementi corrispondenti è uguale. Le matrici riga, colonna e quadrate si distinguono dalla loro forma.

Osserva una matrice 2 × 2 sul piano

Modifica gli elementi per seguire i vettori di base e la variazione dell'area.

Una matrice diagonale ha zeri fuori dalla diagonale principale. Una matrice scalare ha elementi diagonali uguali; la matrice identità mette uno sulla diagonale. Matrice nulla e matrici triangolari sono altri casi importanti.

I3=[100010001]
D=[4000−20007]

Le categorie possono coincidere. L'identità è quadrata, diagonale, scalare e triangolare. È anche simmetrica perché coincide con la propria trasposta.

Addizione e moltiplicazione per scalare elemento per elemento

Si sommano o sottraggono solo matrici dello stesso ordine, combinando le posizioni corrispondenti. Moltiplicare per uno scalare significa moltiplicare ogni elemento senza cambiare l'ordine.

[1234]+[50−12]=[6226]

Lo stesso numero totale di elementi non basta. Una matrice 2 per 3 e una 3 per 2 hanno entrambe sei valori, ma forme diverse e nessuna somma definita.

Nel prodotto le righe incontrano le colonne

(AB) esiste quando le colonne di (A) sono tante quante le righe di (B). Ogni elemento del risultato è il prodotto scalare tra una riga di (A) e una colonna di (B). Gli ordini (m×n) e (n×p) producono (m×p).

[1234][2105]=[211623]

L'esempio chiarisce perché la moltiplicazione non è in genere commutativa. Anche se (AB) e (BA) esistono, possono differire. Nella composizione (ABx), la matrice (B) agisce prima di (A).

Il determinante riconosce le matrici singolari

det[2153]=2×3−1×5=1

Solo le matrici quadrate hanno determinante. Un valore diverso da zero significa colonne linearmente indipendenti e inversa esistente; zero segnala perdita di dimensione. Vedi il determinante di una matrice per Sarrus e Laplace.

Una procedura di calcolo affidabile

Scrivi le dimensioni prima di iniziare. Verifica forme uguali per l'addizione e dimensioni interne per il prodotto. Prevedi l'ordine del risultato e calcola una coppia riga-colonna alla volta. Infine controlla con l'identità; una presunta inversa deve produrla da entrambi i lati.

Con dati misurati, arrotondare ogni prodotto troppo presto può alterare la risposta. Conserva cifre aggiuntive nei passaggi e arrotonda solo il risultato finale in base alla precisione degli input.

Definisci sempre il significato di righe e colonne. In una matrice di costi, le righe possono rappresentare prodotti e le colonne mesi. Scambiare la convenzione senza adattare i vettori può produrre un prodotto con dimensioni formalmente valide ma interpretazione falsa. Anche le unità contano: quantità, prezzi e tempi non diventano compatibili solo perché le forme delle tabelle permettono la moltiplicazione.

Riferimenti

  • OpenStax. College Algebra 2e: Matrices and Matrix Operations.

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  • Determinante di una matrice: regola di Sarrus e sviluppo di Laplace
Jean Carlos Novaes

Informazioni su Jean Carlos Novaes

Laureato in Informatica presso l'Università Federale di Bahia (2017), redattore e fondatore di questo sito.

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