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강의 32 — 행렬 연산

합, 스칼라 곱, 행렬 곱. 선형 변환의 합성으로서의 곱셈.

Used in: 1.º ano EM (álgebra linear elementar) · Equiv. Math I japonês cap. matrizes · Equiv. Klasse 11 alemã (Matrizen)

(AB)ij=k=1naikbkj(AB)_{ij} = \sum_{k=1}^{n} a_{ik} b_{kj}
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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

연산

합과 차

같은 차원의 행렬에 대해: (A+B)ij=aij+bij(A + B)_{ij} = a_{ij} + b_{ij}

스칼라 곱

(αA)ij=αaij(\alpha A)_{ij} = \alpha \cdot a_{ij}

행렬 곱

AA의 열 수 = BB의 행 수 일 때에만 정의됨: Am×nBn×p=(AB)m×pA_{m \times n} \cdot B_{n \times p} = (AB)_{m \times p}

(AB)ij=k=1naikbkj\boxed{(AB)_{ij} = \sum_{k=1}^n a_{ik} b_{kj}}

성질

  • 결합법칙: (AB)C=A(BC)(AB)C = A(BC).
  • 분배법칙: A(B+C)=AB+ACA(B + C) = AB + AC.
  • 교환법칙은 성립하지 않음: 일반적으로 ABBAAB \neq BA.
  • 단위: AI=IA=AAI = IA = A.
  • : AO=OA=OAO = OA = O.

행렬 곱이 "이상한" 이유

선형 변환의 합성에 대응하기 때문이다: 먼저 BB를 적용하고 그다음 AA를 적용하는 것은 ABAB를 적용하는 것과 같다. 합성이 중요하기 때문에 순서가 중요하다.

Exercise list

30 exercises · 7 with worked solution (25%)

Application 20Understanding 2Modeling 6Challenge 1Proof 1
  1. Ex. 32.1Application
    (1234)+(5102)\begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{pmatrix} + \begin{pmatrix} 5 & -1 \\ 0 & 2 \end{pmatrix}를 계산하시오.
  2. Ex. 32.2Application
    3(2110)3 \cdot \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ -1 & 0 \end{pmatrix}를 계산하시오.
  3. Ex. 32.3Application
    (1234)(5678)\begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} 5 & 6 \\ 7 & 8 \end{pmatrix}를 계산하시오.
  4. Ex. 32.4Application
    (1234)(1001)\begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}를 계산하시오 — 무엇이 나오는가?
  5. Ex. 32.5ApplicationAnswer key
    (1234)(0000)\begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{pmatrix}를 계산하시오.
  6. Ex. 32.6ApplicationAnswer key
    2×32 \times 3 행렬을 3×23 \times 2 행렬로 곱하시오 — 결과의 차원은?
  7. Ex. 32.7Application
    (123456)(789)\begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 4 & 5 & 6 \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} 7 \\ 8 \\ 9 \end{pmatrix}를 계산하시오.
  8. Ex. 32.8Application
    A=(1101)A = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}, B=(1011)B = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 1 & 1 \end{pmatrix}에 대해 ABBAAB \neq BA를 확인하시오.
  9. Ex. 32.9ApplicationAnswer key
    A=(0110)A = \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 1 & 0 \end{pmatrix}에 대해 A2A^2.
  10. Ex. 32.10Application
    (A+B)(A+B)(A2+2AB+B2)(A^2 + 2AB + B^2). 언제 일치하는가? (AB=BAAB = BA일 때.)
  11. Ex. 32.11Application
    (1234)2\begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{pmatrix}^2를 계산하시오.
  12. Ex. 32.12Application
    (cosθsinθsinθcosθ)\begin{pmatrix} \cos\theta & -\sin\theta \\ \sin\theta & \cos\theta \end{pmatrix}(10)\begin{pmatrix} 1 \\ 0 \end{pmatrix}로 곱하시오.
  13. Ex. 32.13ApplicationAnswer key
    (1000)(0001)\begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}의 곱을 계산하시오.
  14. Ex. 32.14Application
    분배법칙 확인: 자신이 선택한 행렬에 대해 A(B+C)=AB+ACA(B+C) = AB + AC.
  15. Ex. 32.15Application
    A2×3A_{2 \times 3}B3×4B_{3 \times 4}에 대해, ABAB의 차원은? 그리고 BABA는? (BABA는 존재하지 않는다.)
  16. Ex. 32.16Application
    ATBT=(BA)TA^TB^T = (BA)^T를 보이시오.
  17. Ex. 32.17Application
    (2003)(45)\begin{pmatrix} 2 & 0 \\ 0 & 3 \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} 4 \\ 5 \end{pmatrix}를 계산하시오.
  18. Ex. 32.18Application
    두 대각행렬의 곱이 대각행렬임을 보이시오.
  19. Ex. 32.19Application
    (1201)3\begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}^3을 계산하시오.
  20. Ex. 32.20Application
    어떤 AA에 대해 A2=AA^2 = A가 성립하는가? (멱등 — 사영.)
  21. Ex. 32.21ModelingAnswer key
    한 팀에서 선수들이 골 GG와 어시스트 AA를 한다. 값으로 곱하기: G3+A1G \cdot 3 + A \cdot 1 점. 행렬 곱으로 모델링하시오.
  22. Ex. 32.22Modeling
    신경망에서, 층 y=Wx+b\mathbf{y} = W\mathbf{x} + \mathbf{b} — 행렬 곱.
  23. Ex. 32.23Modeling
    마르코프 계산: 분포 π\pi' = πP\pi P — 벡터-행렬 곱.
  24. Ex. 32.24Modeling
    평면에서의 회전: (cosθsinθsinθcosθ)(xy)\begin{pmatrix} \cos\theta & -\sin\theta \\ \sin\theta & \cos\theta \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix}(x,y)(x, y)θ\theta만큼 회전시킨다.
  25. Ex. 32.25ModelingAnswer key
    PageRank에서 웹 전이 행렬의 고유벡터가 "랭킹" — 반복 곱.
  26. Ex. 32.26Modeling
    컴퓨터 그래픽스의 아핀 변환 행렬: 회전 + 평행이동 + 크기조정을 결합.
  27. Ex. 32.27Understanding
    단위 행렬을 곱해도 변하지 않음을 보이시오. (정의에서 직접.)
  28. Ex. 32.28Understanding
    영행렬을 곱하면 영행렬이 됨을 보이시오.
  29. Ex. 32.29Challenge
    A0A \neq 0이고 B0B \neq 0이면서 AB=0AB = 0인 것을 찾으시오. (존재한다 — 영인자!)
  30. Ex. 32.30ProofAnswer key
    결합법칙을 증명하시오: (AB)C=A(BC)(AB)C = A(BC).

이 강의의 출처

Updated on 2026-04-29 · Author(s): Clube da Matemática

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