سرفصل‌های این مبحث

ماتریس

ضرب دو ماتریس

آخرین ویرایش: 25 دی 1402
دسته‌بندی: ماتریس
امتیاز:

مقدمه‌ای بر ضرب دو ماتریس

اگر A ماتریسی سطری و B ماتریسی ستونی باشد به‌طوری‌که تعداد ستون های ماتریس A  با تعداد سطرهای ماتریس B برابر باشند:

در این‌صورت حاصل ضرب آنها یعنی A×B را می‌توان تعریف کرد، برای ضرب آنها کافی است:

  • هر درایه ماتریس A را در درایه نظیرش در B ضرب کنیم
  • حاصل این ضرب ها را با هم جمع کنیم

در این‌صورت ماتریسی 1×1 که یک عدد حقیقی است، حاصل می‌شود.

ضرب دو ماتریس - پیمان گردلو

تمرین

ماتریس های زیر را در نظر بگیرید:

A=12035 , B=-237-1-2

حاصل ضرب زیر را بیابید.

A×B

120351×5×2 3 7125×1


=12+23+07+31+52


=15=15

ضرب ماتریس در ماتریس

ماتریس های A و B موجود هستند.

تساوی زیر وقتی وجود دارد که تعداد ستون‌های ماتریس A با تعداد سطرهای ماتریس B برابر باشند.

C=Am×n×Bn×p

دو ماتریس A و B را به‌صورت زیر تعریف می‌کنیم:

A=aijm×nB=bijn×p

حاصل ضرب دو ماتریس فوق را با C نشان می‌دهیم و داریم:

C=A×B

cijm×p=aijm×n×bijn×p

cijm×p=k=1naik.bkjm×p

درایه Cij از ماتریس C یعنی:

حاصل ضرب سطر iام ماتریس A در  ستون jام ماتریس B : 

Cij=ai1ai2...ainb1jb2jbnj

Cij=ai1b1j+ai2b2j++ainbnj=k=1naikbkj

ضرب دو ماتریس - پیمان گردلو

تمرین

دو ماتریس زیر را در نظر می‌گیریم:

A=2159  ,  D=374216

مرتبه ماتریس های فوق را بنویسید.

A=2159    ;    A2×2D=374216    ;    D2×3

حاصل ضرب A×D را بنویسید.

A2×2×D2×3


=2159×374216


=2132217121465932597159462×3


=23+1227+1124+1653+9257+9154+96


=81514334474

آیا حاصل ضرب D×A انجام پذیر است؟

حاصل ‌ضرب D2×3×A2×2 انجام‌ پذیر نیست، زیرا تعداد ستون های D  با تعداد سطرهای A برابر نیستند.


حاصل‌ ضرب دو ماتریس در صورتی امکان ‌پذیر است که تعداد ستون ‌های اولی با تعداد سطرهای دومی برابر باشند.

تمرین

حاصل ضرب ماتریس های زیر را به‌دست آورید.

A×B=1213211243×3×2312453×2

=12+21+1413+22+1532+21+1433+22+1512+21+4413+22+453×2


=4281816133×2

A×B=456×123

ضرب دو ماتریس - پیمان گردلو

A×B=1234×2012

A×B=2012×1234

3210×31

=32102×2×312×1


=323110312×1


=33+2113+012×1=732×1

C=211201×31

2112013×2×312×1


=2131123101313×1


=23+1113+2103+113×1=7113×1

101210111×211100

1012101113×32111003×1


=101210101110210210210110111210111110


=215332

2185×521241

=21524211218552485121


=252+14212+11852+54812+51=1001


=521241×2185

521241×2185

=52122852121541284115


=522+128521+12542+1841+15


=1001

254×1,2,3

2543×11,2,31×3=2465101548123×3

0102×5010

01024×150101×4=000050100000100204×4

تمرین

مجموع ريشه های معادله زیر را محاسبه کنید:

x,4,11×32101020243×3x413×1=0

2x+4,x2,4x41=02x+4x+x244=0


2x2+4x+4x84=0


2x2+8x12=0    ;    x1+x2=ba


x1+x2=4

تمرین

جواب های معادله زیر چقدر است؟

x11023x1=0

x1x2x+3=0


x2+2x+3=0x=1x=3

دریافت مثال

نکته

اگر Am×n و Bn×p دو ماتریس باشند، آن‌گاه حاصل ضرب آنها به‌صورت زیر تعریف می‌شود.

Am×n×Bn×p

اگر هدف یافتن سطر و ستون خاصی از ماتریس AB باشد، چنین داریم:

[ستون Jام ماتریس B]=A×ستون Jام ماتریس AB

×B[سطر iام ماتریس A]=سطر iام ماتریس AB

[ستون Jام B]×[سطر iام A]=ستون iام و ستون Jام ماتریس AB

تمرین

دو ماتریس زیر مفروض است:

A=123456   ,   B=210121031

ستون دوم ماتريس AB را به‌دست آورید.

ماتریس A را در ستون دوم ماتریس B ضرب می‌کنیم:

123456123=1224

سطر دوم ماتريس AB را به‌دست آورید.

سطر دوم ماتریس A را در ماتریس B ضرب می‌کنیم:

456210121031=3241

تمرین

ماتریس های زیر را در نظر بگیرید:

A=121230  ,  B=210101101362

درايه سطر دوم و ستون سوم AB  را پيدا كنيد.

فرض كنيم هر درايه  ماتریس AB به‌صورت Cij باشد:


C23=230016=3

تمرین

ماتریس های زیر را در نظر بگیرید:

A=123415,  B=234321

دومين ستون ماتريس AB را پيدا كنيد.

ماتریس A را در ستون دوم ماتریس B ضرب می‌کنیم:


12341532=7177

تمرین

ماتریس های زیر را در نظر بگیرید:

A=121230  ,  B=210101101362

درايه سطر اول و ستون دوم AB  را پيدا كنيد.

سطر اول ماتریس A را در ستون دوم ماتریس B ضرب می‌کنیم:


121×113=6

تمرین

ماتریس های زیر را در نظر بگیرید:

AB+C

درايه سطر دوم ستون سوم ماتریس فوق را پیدا کنید.

سطر دوم ماتریس A را در ستون سوم ماتریس B+C ضرب می‌کنیم:


a21a22...a2nb13+c13b23+c23bn3+cn3=k=1na2kbk3+ck3

تمرین

ماتریس های زیر را در نظر بگیرید:

A=aij10×8  ,  B=bijm×6  ,  C=cijn×3

اگر A×B×C تعريف شده باشد m+n  چقدر است؟

ABC10×8m×6n×3


m=8n=6m+n=8+6=14

دریافت مثال

خواص عمل ضرب ماتریس‌ ها

خاصیت اول

سه ماتریس زیر را در نظر بگیرید:

A=aikmn  ,  B=bkjnp  ,  C=ckjnp

تساوی های زیر در ضرب ماتریس ها، موجود است:

1     AB+C=AB+AC

2     λAB=λAB=AλB

3     ABC=ABC

تمرین

اگر داشته باشیم:

A=121021 , B=1123 , C=2311

تساوی های زیر را ثابت کنید.

A×B+C=A×B+A×C

A×B+C


=121021×1123+23113×2


=121021×32142×2


=5103250



A×B+A×C


=121021×1123+121021×2311


=551105+052355


=5103250

A×B×C=A×B×C

A×B×C


=121021×1123×2311


=1210213×2×32192×2


=5203255


A×B×C


=121021×1123×2311


=551105×2311


=5203255

تمرین

ماتریس های زیر را در نظر بگیرید:

A=aikmn  ,  B=bkjnp  ,  C=ckjnp

تساوی های زیر را ثابت کنید.

AB+C=AB+AC

AB+C=aikmnbkjnp+ckjnp=aikmnbkj+ckjnp


=k=1naikbkj+ckjmp=k=1naikbkj+aikckjmp


=k=1naikbkj+k=1naikckj=AB+AC

λAB=AλB

λAB=λaikmnbkjnp=λk=1naikbkj


=k=1nλaikbkj=k=1naikλbkj=AλB

ABC=ABC

A=aikmn  ,  B=bkrnp  ,  C=crjpq


ABC=aikmnbkrnp.crjpq=k=1naikr=1pbkrcrj


=k=1nr=1paikbkrcrj=k=1nr=1paikbkrcrj


=r=1pk=1naikbkrcrj=r=1pABircrj=ABC

تمرین

ماتريس های A,B,C,D را در نظر بگیرید. 

عبارات زير را ثابت كنيد.

A+BC+D=AC+AD+BC+BD

با توجه به خاصيت پخشی از چپ داريم:


=A+BC+A+BD=AC+BC+AD+BD

ABCD=ACADBC+BD

=A+BC+D

=AC+AD+BC+BD

=ACADBC+BD

تمرین

اگر A,B دو ماتريس مربع هم مرتبه باشند، ماتریس زیر را به‌دست آورید.

A+BAB

=A+BA+B=A2+AB+BA+BB=A2B2AB+BA

تمرین

اگر k يک عدد حقيقی ناصفر و A,B دو ماتريس دل‌خواه m×n باشند، ثابت كنيد:

kA=kBA=B

چون k0  است پس عدد 1k موجود است.


  if  kA=kB1kkA=1kkBA=B

دریافت مثال

خاصیت دوم

ضرب ماتریس ها در حالت کلی خاصیت جابه‌جایی ندارد:

A×BB×A

تمرین

اگر داشته باشیم:

A=1101,B=2110

نشان دهید:

A×BB×A

A×B=1101×2110


=1121111001210110


=12+1111+1002+1101+10=1110


B×A=2110×1101


=2110211110101011


=21+1021+1111+0011+01


=2111A×BB×A

دریافت مثال

خاصیت سوم

هرگاه ضرب دو ماتریس برابر صفر باشند، نمی‌توان نتیجه گرفت که لااقل یکی از ماتریس های عامل ضرب برابر صفر است:

if  AB=O¯A=O¯      B=O¯

به‌عنوان نمونه داریم:

20400012=0000

2040O¯

0012O¯

خاصیت چهارم

در حالت کلی قانون حذف در ضرب ماتریس ها برقرار نمی‌باشد: 

AB=ACA0BC

تمرین

ماتریس های زیر را در نظر بگیرید:

A=1224 , B=2132 , C=2751

اگر AB=AC باشد، نشان دهیدBC است. 

AB=12242132=851610AC=12242751=851610AB=ACBC

خاصیت پنجم

توان های طبیعی ماتریس مربع

فرض کنید A یک ماتریس مربع است، در این‌صورت توان های طبیعی A به‌صورت زیر تعریف می‌شوند:

A1=A

A2=AA

A3=A2A        

An+1=AnA

در صورتی‌که A یک ماتریس مربع مرتبه n باشد، آن‌گاه:

A0=In

In ماتریس واحد مرتبه n است.

تمرین

نشان دهيد:

AA2=A2A

AA2=AAA


=AAA=A2A

تمرین

اگر داشته باشیم:

A=00a0b0c00

A2 را به‌دست آوريد.

A2=00a0b0c0000a0b0c00=ac000b2000ac

تمرین

اگر داشته باشیم:

A2=3A

A100 را به‌دست آوريد.

A3=A2A=3AA=3A2=33A=32A


A4=A3A=32AA=32A2=323A=33A

             A100=399A

تمرین

اگر داشته باشیم:

A=000120241

درايه سطر دوم، ستون اول ماتريس A3 را بیابید.

A3=A2A

سطر دوم ماتریس A2 عبارت است از:


سطر دوم ماتریس A در ماتریس A


120000120241=240


درايه سطر دوم، ستون اول ماتريس A3 عبارت است از:


 سطر دوم ماتریس A2 را در ستون اول ماتریس A 


=240012=4

تمرین

اگر داشته باشیم:

AB+BA=O¯

ثابت کنید:

A2B=BA2

if   AB+BA=O¯AB=BA


A2B=AAB=AAB    ;    AB=BA


=ABA=ABA


=BAA=BA2

تمرین

اگر A يک ماتريس مربع باشد، ثابت کنید:

AAn=AnA

اثبات به روش استقراء:


p1:n=1AA1=A1A


برقرار است.


فرض استقراء:


pk:   n=kAAk=AkA


حكم استقراء:


pk+1:  n=k+1AAk+1=Ak+1A


AAk+1=AA.Ak    ;    AAk=AkA


=AAk.A=AAkA=Ak+1A

تمرین

ماتریس زیر را در نظر بگیرید:

A=3120

اگر n1 باشد، ثابت كنيد:

An=2n+112n12n+1+22n+2

اثبات به روش استقراء:


p1:   n=1A1=22121122+221+2=3120


برقرار است.


فرض استقراء:


pk:   n=kAk=2k+112k12k+1+22k+2


حكم استقراء:


pk+1:   n=k+1Ak+1=2k+212k+112k+2+22k+1+2


Ak+1=AAk


=31202k+112k12k+1+22k+2


=3×2k+132k+1+23×2k32k+22×2k+1+22×2k+2


=2×2k+112×2k12×2k+1+22×2k+2


=2k+212k+112k+2+22k+1+2

تمرین

ماتریس زیر را در نظر بگیرید:

B=0010

چند ماتريس x وجود دارد به‌طوری كه داشته باشیم:

x2=B

فرض كنيم x=abcd  باشد.


x2=Babcdabcd=0010


a2+bcab+bdac+cdbc+d2=0010


a2+bc=0bc+d2=0ab+bd=0ba+d=0b=0  ,  a+d=0ac+cd=1ca+d=1


تساوی های زیر امکان ندارد.


a+d=0  ,  ca+d=1


هيچ ماتريس xای وجود ندارد.

دریافت مثال

خاصیت ششم

ضرب درونی یا داخلی

اگر R یک ماتریس سطری و C یک ماتریس ستونی به‌صورت زیر باشد:

R=r1r2r3...rn1×n

C=c1c2cnn×1

ضرب داخلی (درونی) به‌صورتی مشابه با آن‌چه که قبلا در بردارها بیان شده به صورت زیر تعریف می‌شود:

R.C=r1r2r3...rn1×nc1c2cnn×1=r1c1+r2c2++rncn=i=1nrici

توجه داشته باشید که ضرب درونی فقط وقتی تعریف می‌شود که R شامل فقط یک سطر و C فقط شامل یک ستون باشد و ضرب درونی آنها یک عدد است.

تمرین

ضرب درونی یا داخلی دو ماتریس زیر را بیابید.

420.2311×3

=4×2+2×3+0×11×1=141×1=14

خرید پاسخ‌ها

ضرب دو ماتریس

4,000تومان
خرید فایل PDF مثال ها و جواب ها

برای ارسال نظر وارد سایت شوید