矩阵乘法为什么定义为行乘以列?

矩阵相乘还是矩阵,对应矩阵位置相乘是标量值!

矩阵,大家上过《线性代数》的同学都知道是一堆的大括号,一堆的数据。为什么线性代数会与矩阵有关系,下面内容将告诉大家,矩阵的来源,矩阵的使用以及矩阵的乘法的定义。

学线性代数的时候,听着懵懵的,一上来老师就开始讲逆序数、行列式,周围的小伙伴们都在记定理,背公式。后来经常逛博客,逐渐了解了线性代数中的一些定理的意义,上中科院李老师矩阵论时,李老师又深刻讲了一遍,下面是李老师的总结,分享给大家。

对于矩阵,我们今天简单说一下矩阵的乘法。设两个矩阵Am×p=[aij],Bp×n=[bij],定义矩阵C=AB为矩阵A和B的乘积,其中


也就是说,矩阵C中每一个元素cij为矩阵A的第i行与矩阵B的第j列相乘得到。这就是矩阵乘法的定义,在学习线性代数的时候,老师就是这么教的,而且大家也就这么习以为常,估计至今为止也没有人对这个定义有一点点的疑问。我的问题很简单,为什么矩阵乘法的定义是这样,而不是类似矩阵加法(对应元素相加)一样,矩阵的乘法定义为两个矩阵对应元素相乘?

相信每一个人被问到这个问题,都会说:“是啊,为什么?”那么下面我们就来说明一下为什么这样定义矩阵的乘法。

1855年,英国数学家Arthur Cayley (1821-1895) 把矩阵从行列式理论剥离出来,讨论了矩阵的相关运算,创立了矩阵理论。Cayley最早讨论矩阵相关运算是从线性函数开始的(矩阵和线性函数在某种意义上,可以一一对应的),比如下面两个线性函数:


复合这两个函数会得到


Cayley最早的想法是用矩阵表示这样的线性函数,即函数f,g,h可以分别表示为如下的矩阵形式:

当然了,矩阵H也被成为矩阵F和矩阵G的复合(或乘积),即:

这也正是我们现在熟知的矩阵乘积的定义。并且由于和线性函数的对应关系,使得这种定义更加实用。

相信,如果我们每一个人生活在19世纪——矩阵出现的时代,让你定义矩阵的乘法,你很自然地会想到用两个矩阵对应元素相乘来定义矩阵的乘法,毕竟这个是最自然、最直接的想法。但是它并不是最实用的。

大学的课程是不是很有意思呢?


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